汽爆秸秆分级转化关键过程的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 于彬 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-06-08 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陈洪章 |
| 关键词 | 秸秆 汽爆分梳 固体酸 糠醛 乙酰丙酸 |
| 其他题名 | Key processes for fractionation and conversion of steam-exploded straw |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 论文针对秸秆高值化关键过程的各个环节存在的问题进行了研究，阐明原料水分分布对汽爆预处理及其后续分梳组分分离效果的影响，通过强化水分分布，进一步实现了秸秆各组分的有效富集；研究了秸秆灰分在酶解过程中的迁移规律，建立了脱灰强化短纤维酶解的方法；探索了秸秆半纤维素、纤维素、以及表皮组织等不同组分的清洁转化的关键过程，以期为实现秸秆各组分分层多级转化提供新的思路。论文取得的主要研究结果如下：（1）研究了秸秆水分分布对汽爆及其分级过程的影响，发现稻秸在碾切处理后补水20 min，汽爆稻秸中的生料量降为3.4%，比未碾切稻秸降低了81.7%；半纤维素的降解率为63.2%，比补水10min时提高了64%。汽爆稻秸分梳得到的表皮组织中灰分含量比分级前提高了48.5%，而分梳所得到的短纤维中纤维含量比分级前提高了20.9%，更适合酶解发酵。以上结果表明碾切处理可促进秸秆中水分的均匀分布，解决了汽爆秸秆中的生料夹杂，并促进半纤维的降解，强化后续汽爆秸秆的分梳过程，实现秸秆中各组分的有效富集。（2）系统研究了秸秆灰分对纤维素酶的影响及其在酶解过程中的迁移规律，建立了脱灰强化短纤维酶解的方法。秸秆灰分中各无机离子除钙、镁离子对β-1,4-葡萄糖苷酶活力有一定的促进作用外，其余各离子对不同的纤维素酶活性都表现出不同程度的抑制作用。其中，Mn2+离子对内切β-1,4-葡聚糖酶和β-1,4-葡萄糖苷酶活性的影响最大，在离子浓度为2 ppm时，两种酶的活性分别降低了31.6%和14%；Fe3+对外切β-1,4-葡聚糖酶活性抑制作用最为明显，离子浓度为10 ppm时达到55.8%。水洗可有效脱除汽爆秸秆灰分中各无机离子，汽爆稻秸中K+、Mg2+等离子的水洗脱除率可达70%以上。动力学研究表明，脱灰后汽爆稻秸的初始酶解速率比未脱灰的汽爆稻秸显著提高，而且汽爆稻秸的最大酶解速率Vemax提高了12.5%。（3）探索了固体酸分别催化半纤维素组分、纤维素组分清洁制备糠醛、乙酰丙酸以及利用富硅表皮组织高效制备纳米二氧化硅的可行性。确定了以固体酸HZSM-5半纤维素水解液制备糠醛的最优条件为：6% HZSM-5，反应温度160℃，蒸汽采出流量 2.5 ml/min，阻聚剂对羟基苯甲醚的添加量为1.5%，糠醛得率可以达到37.5%；以固体酸S2O82-/ZrO2-SiO2-Sm2O3催化纤维素制备乙酰丙酸的最优条件为：添加5 FPU/g底物纤维素酶 (固液比1:20)，50℃下对纤维素进行预酶解6 h后，加入7.5%固体酸，阻聚剂对羟基苯甲醚的添加量为1.5%，在200℃下反应15 min乙酰丙酸的得率可达25.2%。固体酸催化剂HZSM-5和S2O82-/ZrO2-SiO2-Sm2O3均可重复使用，再生后可分别保持88%和84%的催化活性。研究表明秸秆中的二氧化硅的分布具有不均一性，且以无定形结构存在，汽爆与分梳组合预处理可促进纤维细胞与富硅表皮组织的分离，实现二氧化硅的富集。确定了以分梳得到的富硅表皮组织制备纳米二氧化硅的工艺参数：在5% HCl，液固比50：1，回流时间1h条件下，酸洗去除表皮组织中的杂质离子，再在600℃下热分解1h脱除底物中的有机质，最后将二氧化硅采用正己醇接枝法进行球磨改性，制备得到含量为92.4%、平均粒径为87.5 nm的纳米二氧化硅。 |
| 英文摘要 | This paper investigated the effect of water distribution of straw on the steam explosion pretreatment and fractionation process to realize the efficient enrichment of different components, then the effect of straw ash on cellulase activities and the transfer process of the ash during the enzymatic hydrolysis of straw were studied and an enhanced enzymatic hydrolysis process by ash-removing was established. Finally, based on the fractionation of hemicellulose, cellulose and epidermis cells, the key conversion processes of each component were investigated. The principal results were as follows: |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-23 |
| 页码 | 136 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1667]  |
| 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 | 于彬. 汽爆秸秆分级转化关键过程的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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