探究离子液体再生纤维素的酶解表征与固载酶应用

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1、天津大学硕士学位论文离子液体再生纤维素的酶解表征与固载酶应用姓名：殷友利申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：齐崴20090501中文摘要本文以离子液体预处理后的再生纤维素为研究对象，一方面，综合运用色谱、光谱、电镜等测试技术对再生纤维素制备燃料乙醇中的核心酶解糖化过程进行多尺度表征，尤其是预处理前后底物结构形貌的变化分析，旨在探求离子液体预处理对酶解效率的影响：另一方面，采用功能基团改性等合成方法和响应面设计等数理分析方法，对再生纤维素作为固定化酶载体的制备工艺进行设计与优化，旨在为纤维素资源

2、的高值化利用提供新的思路，主要研究工作与结论如下：离子液体预处理对纤维素酶解反应的影响利用合成的两种离子液体fBMIM]Cl和[AMⅣI]Cl对高度结晶的微晶纤维素Avicel和无定形与结晶区共存的纤维素Whatman滤纸分别进行预处理，所得再生纤维素的酶解速率及可溶性糖转化率均显著提高：Avicel酶解24h的糖转化率由48．6％分别提高到94．7％([BMIMlCl)和98．1％([AMIM]C1)：Whatman滤纸酶解24h的糖转化率由50．4％分别提高到96．5％(【BMIM]CI)和96

3、．40／0([AMIM]C1)；Avicel由于不含无定形纤维素，酶解率提高更为显著。离子液体预处理对纤维素底物结构形貌的影响通过FTIR、XRD、SEM等方法分析了离子液体预处理前后纤维素Avicel和Whatman滤纸的结构形貌：FTIR及XRD谱图显示，再生纤维素Avieel和Whatman滤纸中的大量氢键己被破坏，结晶度下降，结晶形态发生改变，由排列紧密的结晶态(纤维素I型)转变为排列疏松的无定形态(纤维素Ⅱ型)，且两种再生纤维素结构基本相同；SEM从宏观上反映了再生纤维素结构的变化，Avi

4、cel致密的分子形态被破坏，表面出现孔洞或绒毛状突起，而滤纸的部分高结晶纤维状结构不复存在，内部疏解，呈均一的蜂窝状或层层剥落的碎片状形貌。离子液体预处理木质纤维素秸秆的酶解研究玉米秸秆因含有大量木质素等不溶于离子液体的组分，所以预处理后无法形成澄清透明的溶液；经与离子液体混合加热后进行酶解反应，其可溶性糖转化率由未处理时的27．8％提高至[BMIM]CI处理后的38．4％和[AMIM]C1处理后的43．6％；XRD分析表明，预处理后秸秆的高度结晶状态并未明显改变，只是溶解于离子液体中的部分纤维素结

5、晶度降低，使得酶解产糖率有所提高。【BlVnMlCl再生纤维素载体固定化木瓜蛋白酶的研究对再生纤维素材料的形态及改性方法进行了优选，分别制备了硅烷改性的再生纤维素薄膜、小球与颗粒，加BSA共混改性的再生纤维素颗粒以及高碘酸钠改性的再生纤维素颗粒；进一步，对固载效果较好的高碘酸钠改性法进行了RSM条件优化，以BAEE法测得的保留酶活为响应值，确定以0．4mol／L高碘酸钠改性后的[BMIM]Cl再生滤纸为载体，在250C、pH8、木瓜蛋白酶加酶量283mg／g载体，固载12h后效果最好，固载量为195

6、，lm【g／g载体、固载率为68．8％；固定化酶的温度稳定性及回收稳定性均有大幅提高，800C保存10mira后酶活保留可达88％，回用11次后，酶活保留仍达到85％以上，应用效果非常理想。关键词：离子液体，纤维素，再生，酶解，秸秆。固定化酶，高碘酸钠ABSTRACTRegeneratedcellulosesfromionicliquidsaleusedforenzymatichydrolisisandenzymeimmobilization．Tllisprovidesanewapproachfor

7、cellulosetobeutilizedinbiofuelandenzymeimmobilizationfield．Theconclusionsofthispapercanbedrawn舔follows．Enzymatichydrolysisoflls—treatedcellulose：MicrocrystallinecelluloseAvicelandWhatmanNo．1pulpweredissolvedin[BMIM]ClandIAMBIClrespectively．Theenzymatic

8、hydrolysisratesofregeneratedcellulosewereenhancedsignificantlyfromabout50％oftheoriginalcellulosetoalmostcompletelyconversingtosolublereducingsugars．Thestruetrueandmorphologyofthells-treatedcellulose：ThroughFTIR，XRDandSEManalysis，itcanbe