銅藻基生物乙醇制備及藻渣綜合利用研究.pdf

1、以大型海藻為原料制備生物乙醇已經(jīng)成為生物能源研究領(lǐng)域的前沿。無論從原料供應(yīng)量角度講，還是從原料的廉價(jià)性、高效性角度出發(fā)，大型海藻都擁有陸生植物難以比擬的優(yōu)勢。本研究選取暖溫帶海洋生態(tài)環(huán)境生物修復(fù)首選物種——銅藻（Sargassum horneri）為原料，對銅藻轉(zhuǎn)化為生物乙醇過程中的預(yù)處理、水解糖化發(fā)酵、產(chǎn)物乙醇的在線移除以及發(fā)酵殘?jiān)木C合利用等技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　采用稀酸對銅藻進(jìn)行預(yù)處理可行且有效，在破壞銅藻生物質(zhì)結(jié)構(gòu)，大

2、幅提升后續(xù)工藝中纖維素酶對纖維素水解效果的同時(shí)，可水解大部分的半纖維素為單糖。通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法對銅藻稀酸水解預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行了優(yōu)化，確定了銅藻稀酸水解預(yù)處理的最佳工藝參數(shù):水解溫度為120℃，液固比為20∶1，水解時(shí)間為2.00 h，硫酸濃度為4.50％。在該條件下，還原糖收率可達(dá)13.87％。其中的單糖主要為半乳糖和阿拉伯糖;在所選因素的水平范圍內(nèi)，影響還原糖收率的因素依次為:硫酸濃度、水解溫度、水解時(shí)間、液固比，且各因素之間具

3、有交互作用。
　　以銅藻稀酸預(yù)處理后的固液混合物為原料，利用固定態(tài)樹干畢赤酵母非等溫同步糖化發(fā)酵(Nonisothermal simultaneous saccharificationand fermentation，NSSF)制備乙醇。結(jié)果表明，在所選因素的水平范圍內(nèi)，同步糖化發(fā)酵(Simultaneous saccharification and fermentation，SSF)溫度和SSF時(shí)間對發(fā)酵效果具有非常顯著的影響，

4、預(yù)水解時(shí)間對其具有顯著影響，各影響因素之間具有交互作用;通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法，優(yōu)化了固定態(tài)樹干畢赤酵母非等溫同步糖化發(fā)酵銅藻稀酸預(yù)處理混合物的最佳工藝條件:纖維素酶用量為10 IU/g原料，預(yù)水解溫度為50℃，預(yù)水解時(shí)間為53 min，SSF溫度為32℃，SSF時(shí)間為13h。在該條件下，乙醇收率為110 mg乙醇/g原料;固定態(tài)酵母易于回收，可穩(wěn)定地重復(fù)利用;修正后的Gompertz模型能很好的描述此發(fā)酵過程的特性。
　　膜蒸

5、餾裝置同時(shí)發(fā)酵和分離乙醇的結(jié)果表明，膜蒸餾裝置同時(shí)發(fā)酵和分離乙醇可以消除產(chǎn)物乙醇對后續(xù)發(fā)酵過程的反饋抑制，與常規(guī)發(fā)酵結(jié)果相比，可提高乙醇的生產(chǎn)效率、生成速率以及最終的乙醇濃度。將發(fā)酵后剩余的藻渣進(jìn)行有機(jī)物吸附實(shí)驗(yàn)，對于初始濃度為600mg/L的亞甲基藍(lán)溶液、草甘膦溶液的去除率分別達(dá)99.19％、83.47％。
　　以全生命周期評價(jià)(life cycle assessment，LCA)方法分析了銅藻生物乙醇的溫室氣體(greenho

6、use gas，GHG)排放情況。銅藻單產(chǎn)生物乙醇及聯(lián)產(chǎn)生物乙醇和吸附劑的全生命周期溫室氣體凈排放量分別為2.9799 kgCO2/kgEtOH、2.4289 kgCO2/kgEtOH，與同等熱值90＃汽油的凈排放量10.2755 kgCO2/kgEtOH相比，銅藻生物乙醇減排效果良好。
　　固定態(tài)樹干畢赤酵母非等溫同步糖化發(fā)酵銅藻制備生物乙醇技術(shù)是可行的，其發(fā)展有助于緩解能源緊張、減少CO2溫室氣體排放;資源化利用乙醇發(fā)酵后剩余