離子液體預(yù)處理纖維素及再生纖維素水解研究.pdf

1、隨著石油等傳統(tǒng)資源大量消耗及環(huán)境污染問(wèn)題的日益加重,生物能源的開發(fā)與利用迫在眉睫。因此如何高效綠色地開發(fā)利用以纖維素為主的可再生資源生成生物乙醇已成為當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要議題。本課題利用離子液體預(yù)處理纖維素得到的再生纖維素具有低結(jié)晶度、高比表面積等優(yōu)點(diǎn),從而大大提高纖維素的水解速率。
　　 本課題通過(guò)均相體系合成了N-甲基-N-甲基咪唑二甲基磷酸酯鹽([MMIM]DMP)。通過(guò)合成[MMIM]DMP反應(yīng)的響應(yīng)面模型,對(duì)其

2、工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,得到最優(yōu)工藝條件為:反應(yīng)溫度100℃,反應(yīng)物磷酸三甲酯與N-甲基咪唑的摩爾比1.2:1,反應(yīng)時(shí)間9h。合成[MMIM]DMP產(chǎn)率達(dá)到99.58％,此結(jié)果為反應(yīng)器設(shè)計(jì)提供了一定的數(shù)據(jù)參考。
　　 通過(guò)離子液體預(yù)處理纖維素的研究,證實(shí)離子液體預(yù)處理纖維素是必要。在50℃、24h纖維素酶水解條件下,預(yù)處理后的纖維素水解得到總還原性糖的產(chǎn)率為96.4%,較之同樣條件下未預(yù)處理的纖維素水解總還原性糖產(chǎn)率46.8%有飛躍

3、性提升。通過(guò)紅外、X-射線衍射、比表面積測(cè)試儀等手段考察了離子液體預(yù)處理對(duì)纖維素結(jié)構(gòu)和形貌的影響,結(jié)果表明:[MMIM]DMP預(yù)處理后,纖維素結(jié)晶度明顯下降、結(jié)晶型態(tài)由纖維素Ⅰ型轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素Ⅱ型、比表面積明顯增加,由此再生纖維素酶解速率大幅提高。同時(shí),本文針對(duì)離子液體溶解纖維素的作用機(jī)理,通過(guò)預(yù)處理過(guò)程得到還原性糖的濃度與纖維素Ⅰ預(yù)處理前后結(jié)晶度的差的線性關(guān)聯(lián),得到離子液體預(yù)處理過(guò)程中主要作用于纖維素Ⅰ。
　　 利用響應(yīng)面分析方

4、法對(duì)再生纖維素水解的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行研究。選取反應(yīng)時(shí)間、纖維素酶的量、底物濃度為三因素,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取三水平,以再生纖維素水解產(chǎn)物-總還原性糖(TRS)和葡萄糖的產(chǎn)率為響應(yīng)值,得到水解生成TRS的最佳工藝參數(shù);反應(yīng)時(shí)間8.17h、纖維素酶的量0.05g、底物濃度為20g/L,產(chǎn)率可達(dá)到100%;生成葡萄糖的最佳工藝參數(shù):反應(yīng)時(shí)間9小時(shí)、纖維素酶的量0.02g、底物濃度為20g/L,產(chǎn)率可達(dá)到47.4%。并擬合出水解動(dòng)力學(xué)方程,通