试析纤维素经离子液体预处理制备燃料乙醇工艺研究

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1、河南科技大学硕士学位论文纤维素经离子液体预处理制备燃料乙醇工艺研究姓名：代辉申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：刘振20091201摘要论文题目：纤维素经离子液体预处理制备燃料乙醇工艺研究专业：化学工艺研究生：代辉指导教师：刘振副教授摘要以木质纤维素为原料发酵生产乙醇是石油替代资源的重要组成部分，具有发展经济和保护环境的双重意义。但木质纤维素内部高度致密的结晶结构严重阻碍了其酶解糖化，原料预处理成为纤维素资源化利用的关键。传统的预处理方法有物理法、化学法和生物法等，但都存在一定的弊端，如物理法能耗高、设备投资大，化

2、学法容易腐蚀设备、污染环境，生物方法效率低等。离子液体作为一种结构和性能可调的“绿色”溶剂，具有很强稳定性和良好的溶解能力，可以直接溶解纤维素。本文利用离子液体对纤维素预处理，进行酶解和乙醇发酵过程研究。本文合成了1-烯丙基-3-甲基咪唑甲酸盐([AMIM][COOH])和1-丁基-3-甲基咪唑氯酸盐([BMIM]Cl)两种离子液体；探讨了微晶纤维素在不同条件下（如外场、温度、时间以及反溶剂等），经离子液体预处理前后的酶解速率变化。研究发现随预处理温度的升高，纤维素的糖化速率呈现先增大后下降的趋势，90℃为最佳温度，过高

3、温度会使纤维素分子间有部分团聚的现象，增加预处理时间和采用乙醇作为反溶剂，均可促进纤维素酶解糖化速率；纤维素在最佳条件下（90℃，2h，乙醇作为反溶剂）经[AMIM][COOH]和[BMIM]Cl预处理，酶解速率分别提高24.94%和45.48%。通过用扫描电子电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析纤维素预处理前后的微观形貌变化，探讨了纤维素在离子液体中的溶解机理。研究发现，经离子液体处理的纤维素并未发生衍生化现象，是个物理作用过程，溶解遵循电子给予体—接受体(ElectronDonor-Acceptor,E

4、DA)理论。研究经过离子液体[BMIM]Cl对纤维素预处理前后的同步糖化发酵生产乙醇-1-1的效果得出在250g·L的底物浓度、酶负载量33.3FPA·g纤维素条件下，纤维-1素经离子液体预处理同步糖化发酵72h后，乙醇浓度达109.77g·L，发酵效率是相同条件下未处理纤维素2.80倍。I摘要关键词：纤维素，同步糖化发酵，离子液体，预处理,燃料乙醇论文类型：基础应用研究II摘要Subject:EthanolFermentationofCellulosePretreatedbyIniocLiquidSpecialty:C

5、hemicalTechnicsName:HuiDaiSupervisor:ZhenLiuABSTRACTCelluloicethanolisanimportantcomponentofthealternativeresourcesofpetroleum.Ithassignificancebothforeconomicdevelopmentandenvironmentalprotection.Thehighdensecrystalstructurewithinlignocellulosehasseriouslyhinder

6、editsenzymaticsaccharification.Pretreatmentofrawmaterialsiscriticaltotheutilizationofcelluloseasresource.Traditionalpretreatmentmethodsofcelluloseincludephysicalmethods,chemicalmethodsandbiologicalmethods,allofwhichhavesomedrawbacks.Forexample,physicalmethodsneed

7、highconsumptionofenergyandhugeequipmentintoinvestment,chemicalmethodscancorrodetheequipmentandpollutetheenvironment,andbiologicalmethodsareinefficient.Ionicliquidisakindof“green”solvent,whosestructureandpropertiescanbeadjusted.Thisliquidhasstrongstabilityandexcel

8、lentsolubility,anditcandissolvecellulosedirectly.Inthispaper,basedonthepretreatmentofcellulosebyionicliquids,hydrolysissaccharificationandethanolfermentationpr