纖維素結(jié)構(gòu)特征及有機(jī)相對(duì)生物質(zhì)酸解影響的研究.pdf

1、在過去幾十年間，人類大量消耗、使用化石能源，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)由于其可利用性及可再生性，被視為是一種有前途的能源替代資源，在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)可以通過水解產(chǎn)生單糖，在此基礎(chǔ)上我們可以建立一個(gè)糖平臺(tái)，進(jìn)而生產(chǎn)各類液體燃料及一些高附加值化學(xué)品等糖下游產(chǎn)品。
　　木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的主要水解方式有酸水解和酶水解兩大類:通常生物質(zhì)酶水解反應(yīng)效率很低，一方面是由于纖維素高度有序的晶體結(jié)構(gòu)

2、，另一方面是由于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使纖維素很難充分接觸到纖維素酶;酸水解雖然有很多缺點(diǎn)，但酸水解具備水解強(qiáng)度大、反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是被認(rèn)為現(xiàn)階段最易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)之一，一直吸引著一批科研工作者的研究。木質(zhì)纖維素中的半纖維素組分，在現(xiàn)有水解技術(shù)條件下，酸水解反應(yīng)很容易進(jìn)行;但纖維素呈現(xiàn)高聚合度形態(tài)及存在高度有序的晶體結(jié)構(gòu)，這使得纖維素酸水解生產(chǎn)單糖反應(yīng)很難發(fā)生;然而纖維素在木質(zhì)纖維素

3、中的含量最高，約占40％，因此如何實(shí)現(xiàn)纖維素高效水解制備單糖，對(duì)于利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)能源產(chǎn)品和高附加值化學(xué)品有著重要的意義。
　　纖維素聚合度和晶面指數(shù)作為纖維素酸水解過程中的兩大重要結(jié)構(gòu)特征，為了研究其對(duì)纖維素酸水解的影響，首先利用稀鹽酸處理濾紙和微晶纖維素來探究纖維素聚合度的變化，同時(shí)建立纖維素聚合度和稀鹽酸濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間之間的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。隨后通過稀酸水解處理后的樣品，測(cè)定葡萄糖產(chǎn)率，水解條件為:1wt％稀鹽酸、水

4、解溫度140℃、水解時(shí)間30min、反應(yīng)固液比為1∶40。隨著聚合度和晶面指數(shù)的改變，纖維素稀酸水解過程中葡萄糖產(chǎn)率有了顯著的提升（濾紙，9.2％增加到14.3％;微晶纖維素，1.2％增加到10.1％）。利用氫氧化鈉溶液處理脫脂棉樣品來改變纖維素晶面結(jié)構(gòu)，當(dāng)脫脂棉在15％氫氧化鈉溶液濃度，50℃下處理30分鐘，處理后的脫脂棉樣品稀酸水解葡萄糖產(chǎn)率由處理前的9.5％提升至19.7％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合度和晶面指數(shù)是影響纖維素酸解葡萄糖產(chǎn)率