响应面法优化大豆秸秆乙醇预处理条件

用秸秆等木质纤维素原料制备生物质燃料(乙醇)时,预处理是重要的一个步骤。与其他预处理方法相比,乙醇预处理后抽出组分纯度高,预处理液更易回收。因此,采用响应面法对大豆秸秆乙醇预处理过程中的预处理条件进行了优化。首先,在单因素实验的基础上找出中心点,通过中心组合条件运用响应面法优化得到了大豆秸秆乙醇预处理最佳条件:保温温度170℃,保温时间90 min,乙醇体积分数50%。经软件Minitab17分析,保温温度对大豆秸秆预处理得率和还原糖得率影响最为显著。对预处理后固料进行成分分析发现,乙醇预处理主要脱除大豆秸秆中的半纤维素和木素。在最佳预处理条件下,大豆秸秆中木素脱除率为61.95%,半纤维素脱除率为82.85%。

碱性预处理对酸水解后玉米芯残渣酶解性能及木素结构变化的影响

玉米芯经稀酸水解后的残渣(以下简称残渣)富含有纤维素,可以作为生产生物乙醇的优良原料。我国是玉米种植大国,并且玉米播种面积持续上升,而大量的残渣都是经过焚烧来处理的,这样既浪费资源,又污染环境。本文主要研究以残渣作为原料,碱性预处理前后酶解糖化中纤维素酶的可及度和酶解率的变化情况。通过成分分析发现在碱处理过程中,有部分半纤维素、灰分、抽出物和木素溶解在预处理液中,尤其是木素,脱除率高达40.48%。用贝克曼法提取处理前后残渣中磨木木素(MWL),通过红外谱图对其进行分析,结果表明残渣中提取的木素是GSH型,在碱性预处理过程中,GSH降解程度大小关系为G>S>H。经过GPC测分子量可以得出,木素部分溶于预处理液中,使得质均分子量降低,分散度降低。

大豆秸秆乙醇预处理脱木素动力学研究

在保温温度170℃、保温时间90 min、乙醇浓度50%的条件下对大豆秸秆进行乙醇预处理,并对预处理后大豆秸秆进行成分分析,发现乙醇预处理主要脱除了大豆秸秆中的半纤维素和木素(脱除率分别为82.9%和62.0%)。动力学研究发现,乙醇预处理脱木素反应为一级反应,脱木素过程由大量脱木素段和补充脱木素段组成,且预处理反应进入补充脱木素段的温度要高于160℃。在保温温度为170℃时,大量脱木素段和补充脱木素段的木素脱除率分别为87.9%和12.1%。大量脱木素段主要脱除的是小分子木素(相对分子质量为9101);而补充脱木素段脱除的木素的相对分子质量较大,达到12961。对比2个阶段的木素脱除速率发现,大量脱木素段的脱除速率(k_大=4×10^(-4)s^(-1))高于补充脱木素段(k_补=4×10^(-5)s^(-1)),说明大量脱木素段木素脱除速率较快。

不同预处理方法对构树脱木质素动力学的影响

以构树为原料,利用碱和乙醇对其进行预处理,通过分析两种预处理方法脱木质素的动力学特性,比较它们在脱木质素速率及活化能方面的差异。结果表明,碱法和乙醇预处理构树脱木质素属于一级反应,脱木质素过程主要由大量脱木质素和残余脱木质素阶段组成。在碱法和乙醇预处理中,进入残余脱木质素阶段的温度分别高于130℃和150℃。脱木质素速率会随着预处理温度的升高而提高,且大量脱木质素阶段的速率高于残余脱木质素阶段。比较两种预处理方法的脱木质素动力学数据发现,低温时,两种预处理方法的脱木质素速率相同,而在中、高温时,碱法预处理的脱木质素速率略高于乙醇预处理。在大量脱木质素阶段,碱法预处理脱木质素的活化能为100.2 kJ/mol,乙醇预处理脱木质素的活化能为82.3 kJ/mol,说明乙醇预处理较碱法预处理更容易脱除木质素。