離子液體預處理玉米秸桿并轉化為燃料乙醇一步工藝研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素轉化為乙醇是可再生能源轉化過程中研究的熱點。本文研究了能溶解纖維素的不同的離子液體對纖維素酶的活性、穩(wěn)定性的影響,在此基礎上,對比研究了玉米秸稈纖維素被所采用的離子液體預處理和轉化為乙醇過程的兩步工藝和一步工藝。
　　 本文通過研究纖維素酶在離子液體[BMIM]Cl、[AMIM]Cl、[MMIM][Me2PO4]、[EMIM][Et2PO4]和[BMIM][Bu2PO4]存在時的活性和穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)離子液體的存在對纖維素

2、酶的活性有抑制作用,抑制作用大小順序為:[BMIM]Cl>[AMIM]Cl>[BMIM][Bu2PO4]>[EMIM][Et2PO4]>[MMIM][Me2PO4];對維持纖維素酶的穩(wěn)定性的能力順序相反為:[MMIM][Me2PO4]>[EMIM][Et2PO4]>[BMIM][Bu2PO4]>[AMIM]Cl>[BMIM]Cl。[BMIM]Cl和[AMIM]Cl兩種對纖維素溶解效果最好的含氯離子的離子液體對纖維素酶活的抑制作用明顯比磷

3、酸酯類離子液體要大很多,對維持纖維素酶的穩(wěn)定性也更差,它們不適合做一步工藝研究。對于磷酸酯類離子液體,纖維素酶在含有不同濃度的[BMIM][Bu2PO4]的樣品中培養(yǎng)3d后剩余酶活與在緩沖液中比較最大為33.7％,相對活性較小,說明其對纖維素酶活的抑制作用較強,不適合做一步工藝研究；纖維素酶在含有較高濃度(>30％)的[MMIM][Me2PO4]或者[EMIM][Et2PO4]的樣品中3d后相對剩余酶活均在30％以下,相對活性較小,也不

4、適合做一步工藝研究；纖維素酶在含有10％的[MMIM][Me2PO4]或[EMIM][Et2PO4]的樣品中的初始酶活分別是在緩沖液中的71.9％和63.2％,而3d后剩余酶活是各自初始酶活的82.1％和75.3％,表明離子液體在此濃度下對纖維素酶活性影響相對較小,所以適合做纖維素酶水解一步工藝研究。因此在一步工藝初探實驗中,選擇低的磷酸酯類離子液體含量作為研究對象。
　　 本文通過研究用這3種磷酸酯類離子液體在微波800 W下

5、加熱預處理玉米秸稈纖維素并用纖維素酶進行水解的一步工藝和兩步工藝,發(fā)現(xiàn)在一步工藝中,經(jīng)[MMIM][Me2PO4]以固液比5％預處理的玉米秸稈纖維素酶水解4d后的水解率是未經(jīng)處理的2.42倍,經(jīng)[EMIM][Et2PO4]以固液比2.5％預處理的玉米秸稈纖維素酶水解率是未經(jīng)處理的1.95倍,而經(jīng)[BMIM][Bu2PO4]預處理的玉米秸稈纖維素酶水解率都比未經(jīng)處理的低,說明[BMIM][Bu2PO4]不適合做一步工藝研究；在兩步工藝中,

6、經(jīng)[MMIM][Me2PO4]、[EMIM][Et2PO4]或[BMIM][Bu2PO4]預處理的玉米秸稈纖維素酶水解最高水解率分別是未經(jīng)處理的3.08、2.25和1.18倍；用離子液體以固液比5％預處理玉米秸稈時,用[MMIM][Me2PO4]預處理92s效果最佳,而用[EMIM][Et2PO4]預處理104s效果最佳。為了使反應經(jīng)濟合理,動力消耗盡可能低,酶水解量也盡可能的高,玉米秸稈粒徑選擇<1 mm較為合理。存在[MMIM][M

7、e2PO4]或[EMIM][Et2PO4]的葡萄糖發(fā)酵溶液,對發(fā)酵影響最小的離子液體的含量是[MMIM][Me2PO4]比例為10％,而[EMIM][Et2PO4]則為15％,并且[EMIM][Et2PO4]的比例在15％時,離子液體幾乎對酵母發(fā)酵無影響。經(jīng)[MMIM][Me2PO4]以固液比5％預處理并酶水解的玉米秸稈纖維素水解液可直接用來發(fā)酵生成乙醇,此時乙醇產(chǎn)量最高。因此[MMIM][Me2PO4]是適合作離子液體預處理并轉化玉米