木质纤维素用于制备可发酵糖及乙醇的溶剂预处理研究

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1、Studiesonsolvent-pretreatmentoflignoceUulosesforproductionofsugarsandethanolXiaofeiTianADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceXishuangbannaTropicalBotanicalGarden，ChineseAcademyofS

2、ciencesJune，2013独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到并承担本声明的法律结果。五多学位论文作者签名：印忑砂日期：2-o／{·6、弓关于论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院西双版纳热带植物园有关保留与使用学位论文的规定，即：中国科学院大学西双版纳热带植物园有权保留送交论文及复印件，允许论文被查阅或借阅；可

3、以公布论文的全部或部分内容，可以采用复制或其它手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)⋯名：印弘一名：去吾魄矾钙中文摘要木质纤维素用于镧备可发酵糖与乙醇的溶钢预处理研究田霄飞(植物学)导师：方真研究员，CharlesXu教授，LarsRehmann教授簧要在生产可发酵糖和乙醇的过程中，预处理是关键步骤之一。寻找到合适的预处理方法，开发应用新的预处理技术以及对传统预处理技术进行改进是预处理重要研究方向。在以离子液体和有机溶剂为代表的溶剂法预处理中，分别存在着高粘度导致的溶解速度慢和溶剂回收成本高的难题。为解决以上问题，在本研究

4、中，1)使用了由3．甲基．1．烯丙基．咪唑氯盐(1-Allyl-3-methylimidazoliumchloride，[AMIM]CD和二甲基亚砜(Dimethyl—sulfoxide；DMSO)组成的低粘度的有机电解液体系分别应用于纤维素和木质纤维素的预处理中，测定了有机电解液对材料结构、成分和水解率的影响；2)应用对木质素溶解能力强但饱和蒸汽压更低的丙酮作为介质，预处理以北美白松为代表的抗降解生物质。探讨了预处理温度、时间、溶剂中丙酮含量和投料量四个因素对材料木质素和半纤维素的脱除率，以及后续的酶水解和乙醇发酵的影响。通过上述

5、工作，分别得到了如下的研究结果：1．有机电解液预处理微晶纤维素1)当有机电解液中离子液体物质量分数Ⅺ娜邳．2时，110oC下，5％∽伽)的微晶纤维素在10rain内发生完全溶解。2)经过离子液体物质量分数x[AMIM]Cl之0．7的有机电解液预处理，72小时的酶促水解率比未处理材料提高了7_7．2倍，达到了53．3*／*-54．1％，接近于纯离i中文摘要子液体预处理后的水解率59．5％。3)当)c【AM删cl=o．7时，有机电解液粘度只有纯离子液体粘度的37．3％。4)有机电解液预处理后，能够明显降低纤维素材料中I型结晶态的含量。2

6、．有机电解液预处理北美白松1)110oC下，在[AMIM]CI和DMSO有机电解液体系中，北美白松能够迅速地被溶胀或溶解。2)再生后木材中的纤维素、半纤维和木质素等组分几乎没有损失。3)经过籼cl邳．8的有机电解液处理后，材料120小时的水解率为62．5％-64．O％，材料的水解率提高了5．1倍。4)有机电解液预处理后材料的水解液用于乙醇发酵。水解液中无明显抑制酿酒酵母生长的成分。乙醇产率最高为11．049／1009生物质，是未处理原料的7．2倍。3．丙酮水溶液预处理北美白松1)高温条件下预处理和溶液中较低的丙酮的质量分数，对木材木

7、质素和半纤维素移除率以及72小时水解率有显著的促进作用。2)在预处理温度、时间、溶剂中丙酮的质量分数和投料量分别为220。C，75mill，0．4(W／W)和2．25g生物质／209溶剂的条件下，酶水解率和乙醇最终产率的最高值达到最高，分别为60．1％和22．9％。3)经丙酮溶剂预处理，以北美白松为原料可以得到重均分子量小于1500，且分布相对集中(Mw／Mn<2．0)的有机溶剂木质素产品。4)采用快速升温的小型批次管式反应器和平板微孔培养技术，实现有机溶剂预处理木质纤维素工艺条件的快速优化，提高了工作效率。本论文针对溶剂法预处理面

8、临的挑战探讨了可行的解决方案，并优化了新方案的工艺。在本论文的基础上，深化降低溶剂法预处理成本的研究，特别是“中文摘要发展溶剂回收技术、探讨催化剂在研究体系中的应用，以及对副产物进行回收和综合利用等方面的研究，具有重要的意义。关键词：