木質(zhì)纖維素超低酸水解過程及動力學(xué)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,石油等能源日益緊缺,使用木質(zhì)纖維素為原料制備燃料乙醇逐漸受到關(guān)注。我國是一個農(nóng)業(yè)大國,利用農(nóng)作物秸稈制備燃料乙醇在我國具有極大的發(fā)展空間。木質(zhì)纖維素制備乙醇最關(guān)鍵的步驟是把纖維素水解成可發(fā)酵糖,超低酸法(質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1％)水解,因具有較好的水解效果成為熱點。本文對超低酸法水解農(nóng)作物秸稈制備還原糖的過程進(jìn)行了研究,研究結(jié)果如下:
　　(1)以湖北稻草秸稈為研究對象,研究了攪拌轉(zhuǎn)速、酸濃度、液固比、反應(yīng)溫度及時間對

2、還原糖得率的影響,得到湖北稻草秸稈水解的適宜條件為:攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min、硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%、液固比15:1(固體質(zhì)量3g,液體體積45mL)、210℃、10min,在此條件下還原糖得率為30.05%;
　　(2)測定了在適宜的水解條件下不同地區(qū)15種農(nóng)作物秸稈的還原糖濃度得率,不同種類、同種類不同地區(qū)秸稈水解后還原糖濃度及得率有明顯差異。黑龍江的稻草、玉米秸稈及山東的小麥秸稈的還原糖濃度及得率較高,棉花及油菜秸稈的還原

3、糖濃度及得率都較低;
　　(3)通過對秸稈水解產(chǎn)物的HPLC分析,得到秸稈水解的主要產(chǎn)物有葡萄糖、果糖和木糖,其中木糖的峰面積較大,說明半纖維素的水解較徹底;通過對秸稈水解前后固體的SEM分析得到,兩種秸稈原樣結(jié)構(gòu)緊密、表面都較光滑,水解后秸稈顆粒明顯變小,表面形成許多不規(guī)則孔穴,秸稈質(zhì)地較水解前變得疏松,但基本框架沒有被改變;水解殘渣的TG和DTG曲線與纖維素原料的整體變化趨勢一致,但水解后殘渣的最大分解溫度大于原樣的最大分解溫

4、度,水解殘渣中仍以纖維素為主;紅外光譜法和X-衍射法測定秸稈的纖維素相對結(jié)晶度的結(jié)果比較一致,水解并沒有完全破壞秸稈的纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu),但導(dǎo)致農(nóng)作物秸稈的纖維素結(jié)晶度降低;
　　(4)通過對木質(zhì)纖維素高溫超低酸水解過程的分析,將水解過程中生物質(zhì)顆粒看作圓球體,且在水解過程中,顆粒逐漸向球心收縮。根據(jù)非均相水解反應(yīng)的特征,在高速攪拌的水解反應(yīng)中,認(rèn)為外擴(kuò)散控制忽略,反應(yīng)物及產(chǎn)物擴(kuò)散阻力集中在顆粒表面層流底層,基于此建立了秸稈水解的縮芯