水热法碱活化生物质乙醇木质素的化学结构变化

为了提高生物质乙醇木质素的反应活性,采用水热法在四种不同碱性条件下对生物质乙醇木质素进行催化活化处理。运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1 H-NMR)、凝胶色谱(GPC)和有机元素分析手段研究了生物质乙醇木质素被四种碱(NaOH,KOH,K2CO3和Na2CO3)催化活化前后木质素的化学结构以及组分变化。FTIR结果表明生物质乙醇木质素碱经处理后,木质素的酚羟基特征吸收峰1 375cm-1都有明显增大趋势,醚键振动吸收峰1 116cm-1减弱,1 597和1 511cm-1处苯环骨架振动吸收峰强度变化很小;1 H-NMR分析结果表明酚羟基含量都有增大趋势,增加顺序为:KOH>NaOH>K2CO3>Na2CO3,其中KOH处理后的木质素酚羟基含量增加量为原木素的170%。这由于离子半径大的钾离子更容易与木质素β—O—4醚键上的氧形成加和物,进而发生醚键断裂反应,生成新的酚结构衍生物。GPC表明生物质乙醇木质素碱处理后分子量分布向低分子区域扩展,数均和重均分子量减小。元素分析结果显示木质素经过水热反应处理后,C含量都有所增加,而H和O含量则降低了,表明木质素经水热反应处理过程中有脱羧基作用,同时蛋白质的含量也有所降低,提高了木质素的纯度。这都有利于直接将木质素用于制备酚醛树脂胶黏剂。

生物乙醇木质素-PAE改性大豆蛋白胶黏剂合成工艺研究

将生物乙醇木质素与自合成的聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂进行接枝共聚改性大豆蛋白,制备环保型胶合板用胶黏剂,并通过单因素试验确定了木质素种类、木质素与PAE质量比、木质素与PAE树脂反应时间、大豆蛋白添加量等工艺条件对大豆蛋白胶黏剂胶合强度的影响。结果表明:当选用生物乙醇木质素与PAE进行接枝共聚、木质素与PAE质量配比为1∶4、反应时间为30 min、大豆蛋白添加量为50%(以木质素-PAE总质量而言)时,制得的三层胶合板湿胶合强度(1.03 MPa)可达到GB/T 9846—2015Ι类杨木胶合板的指标要求。

竹材碱性过氧化氢预处理及其酶水解性能研究

采用碱性过氧化氢(AHP)体系对慈竹进行预处理,研究过氧化氢(HO)用量对竹材化学组分及酶水解得率的影响。利用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析预处理前后物料的物理和化学结构变化,采用二维核磁共振技术研究预处理物料中剩余木质素的化学结构。结果表明:AHP预处理过程中,随着HO用量(质量分数)的增加,竹材的葡聚糖含量(相对质量百分比)先增加后减少,木聚糖含量基本不变,而木质素含量整体呈减少趋势。AHP预处理能显著提升竹材的酶解效率,在纤维素酶用量为15 FPU/g葡聚糖,HO用量为7.0%时,预处理竹材的酶水解性能最高,葡聚糖和木聚糖酶水解得率分别为93.9%和100%。研究发现,慈竹木质素脱除率在HO用量达到2.0%后趋于稳定,为68.8%,继续增加HO用量,木质素脱除率无明显提升,对预处理竹材中剩余木质素进行2D-HSQC核磁分析,这部分难以脱除的木质素的化学结构为:64%的S单元、33.7%的G单元和61.6%的β—O—4键,其中S/G值为1.90。

木质素对纤维素酶水解抑制作用的研究进展与展望

木质纤维素原料作为新一代生物乙醇发酵的原料备受关注,但在实际生产制备过程中木质纤维素中木质素的存在对纤维素酶水解纤维素这一过程产生了抑制作用,限制了木质纤维素资源在生物乙醇发酵方面工业化规模的推广与应用。本文通过归纳近年来有关减少木质素对纤维素酶水解的抑制、提高酶水解效率的研究进展,明确提出了推动木质纤维生物质炼制实现工业化所需深入探索的策略和方向。

UV-EMS复合诱变强化生物预处理秸秆产乙醇

玉米秸秆中木质纤维素结构复杂,采用安全、绿色的生物法对秸秆进行预处理,可以有效提高其能源转化效率进而实现秸秆的减量化及高效资源化利用。针对目前生物预处理法中存在的野生菌株产酶能力较弱、酶活性低的问题,在优化条件下对野生木质素降解菌株FM1进行紫外线照射(UV)与甲基磺酸乙酯(EMS)复合诱变,并将筛选获得的突变菌株UEM2应用于秸秆生物乙醇制备的预处理过程中,通过秸秆木质素降解率及乙醇产量等指标来对比探究诱变对秸秆预处理的影响。结果表明,UV-EMS复合诱变使菌株木质素降解酶活性得到有效提高,对秸秆的生物法预处理起到了一定的强化作用,且效果优于单一诱变;UEM2预处理后木质素降解率达到38.86%,比FM1处理组提高了63.55%;通过同步糖化发酵(SSF),测定UEM2组生物乙醇质量浓度达到12.17 mg·mL^(-1),是FM1组的1.36倍,进一步验证了诱变对预处理的强化效果。该研究结果可为秸秆生物法预处理的应用和发展提供理论参考。