超聲波輔助生物催化降解木質(zhì)纖維素制燃料乙醇的研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以能源為重要?jiǎng)恿ΓS著化石能源日益枯竭，開發(fā)新能源成為全人類迫在眉睫的任務(wù)。生物質(zhì)能源具有分布廣泛、儲(chǔ)量龐大、再生速度快的優(yōu)點(diǎn)，必將替代化石能源成為未來能源化工的主要發(fā)展方向。 以木質(zhì)纖維素為原料制備乙醇是生物質(zhì)能源化利用的熱點(diǎn)技術(shù)，該技術(shù)旨在利用農(nóng)業(yè)秸稈、城市垃圾等木質(zhì)纖維素原料經(jīng)過加工得到乙醇。木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須經(jīng)過處理使其降解成為小分子糖才能被微生物所利用發(fā)酵制得乙醇。生物降解具有能耗低、無污染的優(yōu)勢(shì)，

2、是較有發(fā)展前景的木質(zhì)纖維素降解手段。本論文以生物酶降解木質(zhì)纖維素為核心技術(shù)，研究了超聲波輔助預(yù)處理技術(shù)以及復(fù)合酶催化技術(shù)，對(duì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)及影響因素進(jìn)行分析探討。 超聲波微觀空化作用可以改變材料結(jié)構(gòu)、促進(jìn)傳質(zhì)。本論文在預(yù)處理技術(shù)研究中重點(diǎn)考察了超聲波的作用效果，對(duì)不同木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行比較。超聲波輔助堿水解預(yù)處理優(yōu)于其它幾種預(yù)處理方式，超聲作用降低了堿水解預(yù)處理的工藝要求，增強(qiáng)其處理效果，有效脫除原料中的木質(zhì)素的同時(shí)保留

3、絕大部分纖維素和半纖維素；該工藝原料分解率為24.1％，纖維素?fù)p失率為7％，半纖維素?fù)p失率為14.8％，木質(zhì)素脫除率為43.3％，纖維素酶催化反應(yīng)48 h糖化率為45.6％。 本論文采用80 W，20 KHz超聲波輔助酶催化反應(yīng)進(jìn)行，由改性纖維素酶、β-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和戊聚糖酶構(gòu)成的復(fù)合酶催化降解堿預(yù)處理得到的木質(zhì)纖維素原料。酶催化適宜反應(yīng)條件為：55℃、pH值6.0、180 rpm、48 h、酶用量1％、固液比為1:1

4、5。此法與單酶催化相比酶催化效率從22.8％提高至68.5％。實(shí)驗(yàn)證明對(duì)于降解木質(zhì)纖維素原料，超聲波對(duì)酶催化反應(yīng)有較強(qiáng)促進(jìn)作用，80 W超聲場(chǎng)下，纖維素酶催化效率提高了70％；添加β-葡萄糖苷酶和戊聚糖酶有效提高了纖維素酶的作用效率。 使用酒精酵母對(duì)酶催化木質(zhì)纖維素降解所得糖液進(jìn)行發(fā)酵，一級(jí)種子液培養(yǎng)22小時(shí)，接種量5％，發(fā)酵液糖濃度為10％，發(fā)酵12 h。 本論文研究所得天然木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇工藝路線的燃料乙醇產(chǎn)率