2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、本文以紙廠備料段的楊木廢棄物為原料,對預(yù)處理工藝(包括濕氧化法、亞硫酸氫鈉法、機械法和黃孢原毛平革菌法)的效果進行了研究,采用X-射線衍射、掃描電鏡、熱重分析儀、紅外光譜、高效液相色譜和氣質(zhì)聯(lián)用等分析手段對預(yù)處理所得物料和預(yù)處理液進行了分析,從而表征預(yù)處理過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化;探討了物料水解工藝(包括濃硫酸、稀硫酸和纖維素酶水解)對纖維轉(zhuǎn)化率的影響,對水解殘渣和水解液進行了表征,并建立了相應(yīng)的動力學(xué)模型;最后對酶解液進行發(fā)酵成功制取

2、了乙醇。
  濕氧化預(yù)處理是氧和堿在熱高壓條件下與木質(zhì)纖維原料反應(yīng)的處理工藝,可以有效地脫除半纖維素,獲得以纖維素為主的物料(預(yù)處理物料的纖維素含量63.26%,聚戊糖含量2.77%),且所得物料的可酶解性較高。較優(yōu)的工藝條件為:初始pH值為10,最佳保溫時間15min,氧壓1.2MPa,溫度195oC,在此條件下得到的還原糖產(chǎn)率為46.75%。X-射線衍射圖譜顯示原料的結(jié)晶度從85.42%降到了65.74%,掃描電鏡顯示纖維細纖

3、維化程度增強,紅外光譜分析顯示木素發(fā)生了降解反應(yīng),這些變化均有利于后續(xù)纖維素酶水解反應(yīng)的進行。濕氧化預(yù)處理工藝是一種行之有效的預(yù)處理手段,為木質(zhì)生物質(zhì)制取燃料乙醇開辟了新的途徑。
  NaHSO3預(yù)處理是基于木素的磺化溶出反應(yīng)來增強木質(zhì)纖維原料的可酶解性。較優(yōu)的工藝條件為:NaHSO3用量6.0%,液比1:3,溫度200oC,保溫時間30min,在此條件下所得預(yù)處理物料殘余木素占原料的16.7%,聚戊糖占1.66%,物料酶解所得還

4、原糖產(chǎn)率為41.55%。X-RD表明預(yù)處理后物料的結(jié)晶度降為31.57%,SEM顯示出纖維表面呈魚鱗狀凸起,比表面積增加,為后續(xù)纖維素酶的水解提供了有利條件。
  機械預(yù)處理通過改變纖維粒度及增大比表面積來改善其酶解性,但是改善效果不明顯,破碎預(yù)處理物料的比表面積比盤磨預(yù)處理物料大,但可酶解性較差(酶解還原糖產(chǎn)率分別為8.11%和9.88%)。進一步對機械預(yù)處理物料進行亞硫酸氫鈉處理后,兩者物料的酶解性能都有很大提高,而且破碎預(yù)處

5、理物料的可酶解性高于盤磨預(yù)處理(酶解還原糖產(chǎn)率分別為45.17%和42.56%)。
  黃孢原毛平革菌預(yù)處理可以選擇性地降解木質(zhì)纖維原料中的木素,從而改善物料的酶解效果。在接種量25%,33oC環(huán)境中靜置培養(yǎng)28天的預(yù)處理物料經(jīng)過滅菌和堿處理后,酶解還原糖得率為14.51%。木素被選擇性地脫除(占原料的13.98%)。堿抽提液的GC-MS分析顯示,木素中的Cα-Cβ鍵發(fā)生氧化斷裂,部分木素發(fā)生了甲基化等反應(yīng)。
  經(jīng)過對比,

6、濕氧化預(yù)處理效果最好,所得底物的酶解性能最高,NaHSO3預(yù)處理次之,而機械預(yù)處理和白腐菌預(yù)處理效果較差,因此,繼續(xù)研究了濕氧化預(yù)處理底物的酶解歷程和酶解液的發(fā)酵。
  利用纖維素酶對濕氧化預(yù)處理物料進行了水解,響應(yīng)面分析法得到酶水解的最優(yōu)工藝條件為:酶解溫度49oC,酶解時間56h,酶用量38FPU/g,在此條件下所得纖維轉(zhuǎn)化率為96.39%。水解液中只含有葡萄糖和木糖兩種單糖,其中葡萄糖含量最多(占總糖量的97.54%),水解

7、殘渣的結(jié)晶度大幅下降。對纖維素酶水解過程進行了研究,得出纖維素酶水解動力學(xué)方程式可以表達為YC=17.84×C0.4244×(1-e-0.2023t)×100%(R2=0.8658)。
  采用濃硫酸對楊木廢棄物進行水解,響應(yīng)面分析法得到濃酸水解的最優(yōu)工藝為:溫度50.97oC,時間120min,硫酸濃度60%,所得纖維轉(zhuǎn)化率為90.81%。HPLC分析結(jié)果表明所得水解液的主要成分為葡萄糖(占總糖量的60.49%,木糖占19.84

8、%),另含有單糖降解物(主要為乙酸和羥甲基糠醛)。X-RD表明水解殘渣結(jié)晶度下降幅度較大,濃酸水解動力學(xué)方程YC=39.24×T0.1808×(1-e-0.0726t)×100%(R2=0.8105)。
  采用稀酸對楊木廢棄物進行水解,響應(yīng)面分析法得到稀酸水解的最優(yōu)工藝為:溫度158oC,時間5min,酸濃2.5%,所得纖維轉(zhuǎn)化率為52.97%。水解液中主要成分是木糖(占總糖量的64.80%,葡萄糖占18.93%),而水解液中的

9、單糖降解物很少,說明在稀酸水解過程中只有極少量的碳水化合物發(fā)生了降解,水解物料的結(jié)晶度降低。
  對釀酒酵母發(fā)酵工藝(以葡萄糖為底物)進行了優(yōu)化,得到最佳發(fā)酵條件為:發(fā)酵溫度33oC,底物濃度7.5g/L,發(fā)酵液初始pH值5.25,接種量5%,轉(zhuǎn)速160r/min,發(fā)酵時間48h,在此條件下所得乙醇轉(zhuǎn)化率為82.99%。對濕氧化預(yù)處理物料的纖維素酶水解液進行濃縮和脫毒后在最佳發(fā)酵條件下發(fā)酵,所得乙醇轉(zhuǎn)化率為70.83%。對楊木廢棄

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