汽爆玉米秸秆发酵丁醇关键过程的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王岚 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-11-25 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陈洪章 |
| 关键词 | 汽爆秸秆 酶解液 半纤维素水解液 可溶性木质素 抑制物 丁醇发酵 |
| 其他题名 | Key process of butanol production from steam-exploded corn stover |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 低成本发酵生物丁醇是目前学术界和工业界共同关注的问题，秸秆原料是最具有潜力的发酵原料之一。论文首先从秸秆原料结构特点入手，研究了秸秆细胞组成与秸秆酶解之间的关系，其次考察了汽爆秸秆酶解液和汽爆秸秆半纤维素水解液发酵丁醇的性能，分析了丁醇发酵抑制物产生的原因，建立了活性炭吸附处理和碱性双氧水处理汽爆秸秆用于发酵丁醇的方法。最后，在实验室研究基础上，提出了汽爆秸秆发酵丁醇及其综合利用新的技术路线，建立了年产600吨丁醇的中试试验技术体系，并进行了年产5万吨丁醇及多联产的规模放大试验研究。论文的主要研究结果如下： 1）根据秸秆原料结构组分不均一特性，首次分析了秸秆中不同细胞的酶解差异，选用汽爆和水流筛分组合处理方法对的秸秆细胞分级，并研究分级后汽爆秸秆的酶解性能变化。结果表明，采用水流筛分法对汽爆玉米秸秆进行分级，得到大于28目的汽爆玉米秸秆所含的纤维细胞为89%，小于200目的汽爆玉米秸秆所含的杂细胞为64%；将分级的汽爆秸秆酶解48h，小于200目的汽爆秸秆的酶解液中葡萄糖含量比大于28目的汽爆秸秆酶解液高102.5%。上述结果表明秸秆组分分级是提高纤维素酶解效率的重要途径。 2）研究了汽爆秸秆酶解液发酵丁醇的可行性，发现汽爆秸秆酶解液中可溶性木质素是丁醇发酵的主要抑制物，当酶解液中的可溶性木质素含量大于1.77 g/L，造成培养基中的酸积累，使丁醇的产量下降，不同一般文献报道的乙酸、糠醛、5-甲基糠醛是丁醇发酵的抑制物。进一步建立了活性炭去除汽爆秸秆酶解液中的抑制物用于发酵丁醇的方法。汽爆秸秆酶解液经过添加量为7.5%（w/w）活性炭在30℃, 150rpm条件下处理12h后，利用C. acetobutylicum ATCC824在发酵72h可达到最大的丁醇量为8.42 g/L，总溶剂为12.34 g/L,此时的产量为0.30，产率为0.17 g/(L·h），高于对照混合糖培养基发酵丁醇的性能。 3）在上述发现的可溶性木质素是丁醇发酵抑制物的基础上，提出了秸秆汽爆-碱性双氧水组合预处理的方法，可从原料源头上去除抑制物，使汽爆秸秆酶解液具有可发酵性。经过1%NaOH和4% H2O2处理的汽爆秸秆，其木质素含量由22%下降至8%，汽爆-碱处理秸秆酶解液中的可溶性木质素含量为1.2 g/L，低于可溶性木质素的抑制浓度。将酶解液发酵72h，得到总溶剂12.10 g/L，产量为0.27，产率为0.17 g/(L?h)。 4）为了充分利用丙酮丁醇梭菌可发酵木糖的特性，首次建立了采用秸秆中易于降解的半纤维素为发酵原料，建立了汽爆秸秆半纤维素水解液发酵丁醇的方法，解决了只利用秸秆纤维素发酵，其酶解效率低、纤维素酶成本高的问题。通过减压蒸馏和活性炭吸附的方法可以使汽爆秸秆半纤维素水解液用于发酵丁醇，发酵液中的葡萄糖的利用率达到了98%，木糖的利用率达到82%。 5）综合秸秆半纤维素水解液可发酵丁醇，以及汽爆秸秆杂细胞组织易酶解的研究结果，提出了以秸秆汽爆半纤维素水解液和汽爆秸秆杂细胞组织酶解液作为发酵丁醇原料，秸秆长纤维素制备材料与木质素液化高值转化的秸秆炼制工业的产业化技术路线。组建出于与其技术相配套的自主加工的工业化装置系统，完成了年产600吨秸秆丁醇中试实验，以及年产5万吨丁醇以及联产乙醇、丙酮、聚醚多元醇和纸浆，为秸秆发酵丁醇生产提供了一条低成本的工业生产新途径。 |
| 英文摘要 | The low-cost biobutanol production is a hotspot both in academia and industry. Lignocellulose is considered to be the most potential raw materials to reduce the substrate cost. In this dissertation, biobutanol production from steam-exploded corn stover (SECS) was systematically investigated. Based on the structural heterogeneity of corn stover, the enzymatic hydrolysis efficiency was first studied from the perspective of cell difference. Because fermentation inhibitors could be generated during corn stover degradation, two methods−activate charcoal treatment and alkaline treatment, were established to remove inhibitors and increase the fermentability of SECS enzymatic hydrolysate and SECS hemicellulose hydrolysate. Based on laboratory research, a new technical route for biobutanol production integrated with corn stover total utilization was proposed. It has been applied in a pilot plant with annual output of 600 tons of butanol, and successfully enlarged to 50,000 tons per year. The main research results were as follows: |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-22 |
| 页码 | 105 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1627]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王岚. 汽爆玉米秸秆发酵丁醇关键过程的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。