基于超声波辅助生物催化降解木质纤维素制燃料乙醇的研究

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1、天津大学硕士学位论文超声波辅助生物催化降解木质纤维素制燃料乙醇的研究姓名：梁江华申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：张裕卿20070601中文摘要经济社会的发展以能源为重要动力，随着化石能源日益枯竭，开发新能源成为全人类迫在眉睫的任务。生物质能源具有分布广泛、储量庞大、再生速度快的优点，必将替代化石能源成为未来能源化工的主要发展方向。以木质纤维素为原料制备乙醇是生物质能源化利用的热点技术，该技术旨在利用农业秸秆、城市垃圾等木质纤维素原料经过加工得到乙醇。木质纤维素结构复杂，必须经过处理使其降解成为小分子糖才能被微生物所利用

2、发酵制得乙醇。生物降解具有能耗低、无污染的优势，是较有发展前景的木质纤维素降解手段。本论文以生物酶降解木质纤维素为核心技术，研究了超声波辅助预处理技术以及复合酶催化技术，对相关技术参数及影响因素进行分析探讨。超声波微观空化作用可以改变材料结构、促进传质。本论文在预处理技术研究中重点考察了超声波的作用效果，对不同木质纤维素原料预处理技术进行比较。超声波辅助碱水解预处理优于其它几种预处理方式，超声作用降低了碱水解预处理的工艺要求，增强其处理效果，有效脱除原料中的木质素的同时保留绝大部分纤维素和半纤维素；该工艺原料分解率为24．1％，

3、纤维素损失率为7％，半纤维素损失率为14．8％，木质素脱除率为43．3％，纤维素酶催化反应48h糖化率为45．6％。本论文采用80w，20KHz超声波辅助酶催化反应进行，由改性纤维素酶、∥．葡萄糖苷酶、仅．淀粉酶和戊聚糖酶构成的复合酶催化降解碱预处理得到的木质纤维素原料。酶催化适宜反应条件为：55℃、pH值6．0、180rpm、48h、酶用量1％、固液比为1：15。此法与单酶催化相比酶催化效率从22．8％提高至68．5％。实验证明对于降解木质纤维素原料，超声波对酶催化反应有较强促进作用，80w超声场下，纤维素酶催化效率提高了70

4、％；添加伊葡萄糖苷酶和戊聚糖酶有效提高了纤维素酶的作用效率。使用酒精酵母对酶催化木质纤维素降解所得糖液进行发酵，一级种子液培养22小时，接种量5％，发酵液糖浓度为10％，发酵12h。本论文研究所得天然木质纤维素生产燃料乙醇工艺路线的燃料乙醇产率为11．9％。关键词：燃料乙醇；木质纤维素：纤维素酶；预处理；超声波ABSTRACTEnergyisallimportantmomentumtothedevelopmentofoursociety．Alongwiththeexhaustionoffossilfuel，newenergyex

5、ploitationbecomesextremelyurgent．Becauseoftheadvantagesofbiomassenergylikebroaddistribution，tremendousreserves，high—speedregeneration，itwillreplacethefossilenergyandbecomethedominantpartofchemicaltechnologyinthefuture．Producingfuelethanolwithlignocelluloseisthekeypoi

6、ntofbiomassutilization．Theaimofthistechnologyisproducingethanolwithwastecellulosematerialsuchasstraw,cellulosegarbage，andwastepaper．Lignocelluloseisakindofcompactmaterialwhichmainlycomposedbycellulose，hemicelluloseandlignose．ThismaterialmustbedegradationtOmonosacchar

7、idebeforefermentation。Bio—degradationisthemostpromisingtechnologyofcellulosedegradationasitsadvantageoflowenergyandlowpollution．Theproductionoffuelethanolwasstudiedinthispaperwithbio—degradationtechnologyandthefactoranalysis．Themicrocosmiccavitationofultrasoniccancha

8、ngethestructureofmaterialsandacceleratethemasstransfer．TheeffectofultrasonictopretreatmentWasstudiedinthispaper．ComparedtOotherpret