试析纤维素稀酸水解糖化工艺的研究

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1、中南大学硕士学位论文纤维素稀酸水解糖化工艺的研究姓名：肖豪申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：蒋崇文20100529摘要摘要木质纤维素类是地球上最丰富的可再生资源，开发纤维素制备生物燃料技术足解决当前全球能源危机的重要方法之一，具有广泛的应用前景。本文在综述了纤维素利用技术的基础上，研究了以麦秸杆为原料，金属盐离子助催化稀酸水解糖化木质纤维素的工艺。本文首先在稀酸条件下对麦杆纤维的水解过程进行了研究。考察了酸浓度，反应时间和反应温度等因素对纤维素水解转化率和还原糖得率的影响。基于此基础，设计了正交试验研究Fe2+、Na+、Ni2+

2、、M92+四种硫酸盐金属离子助催化剂对还原糖的得率的影响。试验考察的四种金属盐离子对纤维素水解糖化过程都起到了促进作用，金属离子助催化作用依次为：Fe2+>Na+>Ni2+>M92+，其中以Fe2+的助催化效果最佳。得到了纤维素稀酸水解糖化优化的工艺是：硫酸浓度为1％，Fe2+浓度为0．0375mol／L，反应温度为180℃，反应时间为90min，纤维素水解还原糖得率达到73．05％，纤维素转化率为85．79％。通过单因素实验和正交试验研究了麦秆纤维素稀酸水解液的脱色工艺，四种考察因素对脱色效果影响程度的顺序依次为活性炭用量>温度>pH

3、>脱色时间。秸秆纤维素稀酸水解液脱色优化的工艺是：温度为35℃，初始pH为4．0，时间为60min，活性炭用量：水解液(g／L)=1：2。在该条件下，活性炭脱色率为88．11％，还原糖损失率为48．54％，糠醛去除率为74．91％，酚类化合物全部去除。纤维素稀酸水解得到的还原糖可继续降解成小分子物质，通过动力学分析，水解过程是一个连串反应，其动力学方程可用假一级均相反应模型表示：J，，=丁土了(P_‘一P^。)，用该模型的计算还原糖的产率与实验数据吻合较好。关键词纤维素，稀酸，金属盐离子，水解中南人学硕卜学位论文ABSTRACTABST

4、RACTLlgnocelluloslcmaterialsarethemostabundantrenewableresourcesintheworld．Thecellusicbiofueltechnologyisanimportantwaytoresolvethecurrentglobalenergycrisisandispotentialatpresent．InthispaperthewheatstrawwasusedasmaterialtohydrolyseunderthediluteacidwiththeCO-catalystmet

5、alsaltions，whichbasedonsummaryofcelluloseutilizationtechnology．Firstly,theexperimentalresearchwascarriedouttostudytheeffctofacidconcentration，temperatureandreactiontimeonconversionratioandreducingsugarsyieldtodeterminetheoptimumofreactionparameters．Basedonthisresult，theo

6、rthogonalexperimentswerestudiedwiththeintroductionoftheFe2+，Na+，Ni2+andM92+．Thefourmetalsaltionshaveplayedacatalyticroleonthehydrolysisofcellulose，inwhichFe2+isthebestCO．catalyst．ItshowedthatthecatalyticabilityofthefourmetalsaltionswasFe2+>Na+>Ni2+>M92+．Theoptimalprocess

7、wasthatsulfuracidwas1．O％，Fe2+was0．037mol／L，temperaturewas180。Candreactiontimewas90min．Theyieldofreducingsugarreached73．05％，andtheconversionrateofcellulosereached85．79％．ItwasstudiedthattheacidhydrolyzatewasdecoloredanddetoxifiedbyusingofCa(OH)2andactivatedcarbonadsorbent．

8、Thesinglefactorexperimentsandorthogonalexperimentswereusedtodeterminetheoptimumconditions．Itshowedthatt