離子液體預(yù)處理玉米秸桿并轉(zhuǎn)化為燃料乙醇一步工藝研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇是可再生能源轉(zhuǎn)化過程中研究的熱點(diǎn)。本文研究了能溶解纖維素的不同的離子液體對(duì)纖維素酶的活性、穩(wěn)定性的影響,在此基礎(chǔ)上,對(duì)比研究了玉米秸稈纖維素被所采用的離子液體預(yù)處理和轉(zhuǎn)化為乙醇過程的兩步工藝和一步工藝。
　　 本文通過研究纖維素酶在離子液體[BMIM]Cl、[AMIM]Cl、[MMIM][Me2PO4]、[EMIM][Et2PO4]和[BMIM][Bu2PO4]存在時(shí)的活性和穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)離子液體的存在對(duì)纖維素

2、酶的活性有抑制作用,抑制作用大小順序?yàn)?[BMIM]Cl>[AMIM]Cl>[BMIM][Bu2PO4]>[EMIM][Et2PO4]>[MMIM][Me2PO4];對(duì)維持纖維素酶的穩(wěn)定性的能力順序相反為:[MMIM][Me2PO4]>[EMIM][Et2PO4]>[BMIM][Bu2PO4]>[AMIM]Cl>[BMIM]Cl。[BMIM]Cl和[AMIM]Cl兩種對(duì)纖維素溶解效果最好的含氯離子的離子液體對(duì)纖維素酶活的抑制作用明顯比磷

3、酸酯類離子液體要大很多,對(duì)維持纖維素酶的穩(wěn)定性也更差,它們不適合做一步工藝研究。對(duì)于磷酸酯類離子液體,纖維素酶在含有不同濃度的[BMIM][Bu2PO4]的樣品中培養(yǎng)3d后剩余酶活與在緩沖液中比較最大為33.7％,相對(duì)活性較小,說明其對(duì)纖維素酶活的抑制作用較強(qiáng),不適合做一步工藝研究；纖維素酶在含有較高濃度(>30％)的[MMIM][Me2PO4]或者[EMIM][Et2PO4]的樣品中3d后相對(duì)剩余酶活均在30％以下,相對(duì)活性較小,也不

4、適合做一步工藝研究；纖維素酶在含有10％的[MMIM][Me2PO4]或[EMIM][Et2PO4]的樣品中的初始酶活分別是在緩沖液中的71.9％和63.2％,而3d后剩余酶活是各自初始酶活的82.1％和75.3％,表明離子液體在此濃度下對(duì)纖維素酶活性影響相對(duì)較小,所以適合做纖維素酶水解一步工藝研究。因此在一步工藝初探實(shí)驗(yàn)中,選擇低的磷酸酯類離子液體含量作為研究對(duì)象。
　　 本文通過研究用這3種磷酸酯類離子液體在微波800 W下

5、加熱預(yù)處理玉米秸稈纖維素并用纖維素酶進(jìn)行水解的一步工藝和兩步工藝,發(fā)現(xiàn)在一步工藝中,經(jīng)[MMIM][Me2PO4]以固液比5％預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解4d后的水解率是未經(jīng)處理的2.42倍,經(jīng)[EMIM][Et2PO4]以固液比2.5％預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解率是未經(jīng)處理的1.95倍,而經(jīng)[BMIM][Bu2PO4]預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解率都比未經(jīng)處理的低,說明[BMIM][Bu2PO4]不適合做一步工藝研究；在兩步工藝中,

6、經(jīng)[MMIM][Me2PO4]、[EMIM][Et2PO4]或[BMIM][Bu2PO4]預(yù)處理的玉米秸稈纖維素酶水解最高水解率分別是未經(jīng)處理的3.08、2.25和1.18倍；用離子液體以固液比5％預(yù)處理玉米秸稈時(shí),用[MMIM][Me2PO4]預(yù)處理92s效果最佳,而用[EMIM][Et2PO4]預(yù)處理104s效果最佳。為了使反應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理,動(dòng)力消耗盡可能低,酶水解量也盡可能的高,玉米秸稈粒徑選擇<1 mm較為合理。存在[MMIM][M

7、e2PO4]或[EMIM][Et2PO4]的葡萄糖發(fā)酵溶液,對(duì)發(fā)酵影響最小的離子液體的含量是[MMIM][Me2PO4]比例為10％,而[EMIM][Et2PO4]則為15％,并且[EMIM][Et2PO4]的比例在15％時(shí),離子液體幾乎對(duì)酵母發(fā)酵無影響。經(jīng)[MMIM][Me2PO4]以固液比5％預(yù)處理并酶水解的玉米秸稈纖維素水解液可直接用來發(fā)酵生成乙醇,此時(shí)乙醇產(chǎn)量最高。因此[MMIM][Me2PO4]是適合作離子液體預(yù)處理并轉(zhuǎn)化玉米