玉米秸秆稀酸水解糖化法影响因子的研究

该文通过分析水解还原糖成分,研究了温度、时间、稀酸浓度、固形物含量对水解效率的影响;并结合残渣组分分析研究了稀酸水解过程中纤维素、半纤维素降解的规律.研究表明:在试验条件下玉米秸秆的水解主要以半纤维素为主,随着温度、稀酸浓度和水解时间的增加,纤维素的水解逐渐增强.当水解温度超过1000C后,水解得糖率迅速增加,超过110℃,纤维素开始水解;玉米秸秆的水解在前40 min就基本完成,过长的水解时间对水解效率的提高意义不大;水解的酸浓度应控制在1.5%左右;玉米秸秆在低固含物的条件下,水解效率相对较高.方差分析结果显示:温度、酸浓度对水解效率的影响最大,温度和固含物的影响次之,粒径的影响不显著;温度和酸浓度、温度和时间的交互作用对试验结果有影响显著.根据方差分析,最佳水解条件A3B2C3D1E1:温度125℃、时间80 min、稀酸浓度1.5%、固形物含量7.5%,在该条件下水解还原糖得率为32.71%.     

微波强化酸预处理玉米秸秆乙醇化工艺研究

采用酸预处理正交试验和微波强化酸预处理试验，研究时间、温度、基质浓度、硫酸浓度及粒径对玉米秸秆糖化预处理效果的影响。结果表明：酸预处理时，时间、温度、硫酸浓度、基质浓度、粒径5个因素都是主要影响因子，其最佳条件为：时间2 h、温度130℃、硫酸浓度3%、基质浓度35 g/L、粒径0.50 mm；微波可强化酸预处理效果，提高糖化速度，秸秆还原糖得率与酸预处理的得率基本持平，微波强化酸预处理的最优条件为:粒径0.50 mm、基质浓度35 g/L，硫酸浓度4%，在255 W微波作用下预处理60 min。     

小麦秸秆制备新型平台化合物－乙酰丙酸的工艺研究

乙酰丙酸是一种新型的平台化合物。本研究考查了利用小麦秸秆为原料制备乙酰丙酸的工艺条件。分别考查了不同温度、硫酸浓度、原料粒度、液固比和反应时间对小麦秸秆转化乙酰丙酸产率的影响。结果表明，温度在210～230℃，硫酸浓度3%，液固比15∶1，反应时间30 min下为较优的工艺条件为，乙酰丙酸产率为19.2%。试验表明，原料粒度对乙酰丙酸的产率影响较小。     

超低酸预处理结合酶解提高玉米秸秆糖化效率

为提高纤维素酶解糖化的效率,该文采用超低浓度硫酸水解预处理废弃玉米秸秆。重点考察了不同酸浓度、反应温度、反应时间条件下超低浓度酸水解及后续酶解的总还原糖、葡萄糖及木糖的产率,详细叙述了总还原糖及各种单糖在酸水解及酶解过程中的转化规律,通过正交试验确定酸水解的最佳工况为酸浓度0.1%,反应温度160℃,反应时间55 min,搅拌180 r/min,固液比1∶10。酸水解后进行酶解(酶用量5%,pH值4.6,时间24 h,温度50℃)得到还原糖、葡萄糖、木糖产率分别为56.22%、16.97%、18.83%。通过红外光谱和纤维素分析仪对酸水解和酶解后的残渣进行分析可知,纤维素、半纤维素的转化率分别为88.52%、95.18%,进一步计算还原糖、葡萄糖、木糖的转化率为88.11%、44.86%、72.49%。该方法较大程度避免了还原糖在酸水解过程中的降解,保证了半纤维素还原糖的转化效率,进一步提高了总还原糖的产率,为超低酸水解在燃料乙醇领域提供了新的应用途径。     

蒸汽爆破过程麦秆木质纤维素的转化

采用低压蒸汽爆破技术处理小麦秸秆木质素。通过单因素试验,考察蒸汽爆破过程汽爆压力、液固比、物料粒度、维压时间对木质纤维素降解的影响,木质素的降解率达到22.67%。设计L9(34)正交试验,上述因素影响主次顺序为汽爆压力>液固比>维压时间>物料粒度,优化条件为汽爆压力0.6 MPa,液固比为20︰1,维压时间为30 min,物料粒度为20～60目,且对优化结果进一步验证。红外光谱分析表明,经汽爆后麦秆木质素结构受到了一定程度的破坏;扫描电镜观察,麦秆的纤维束受到了破坏,发生了断裂,且出现了多孔的结构。     

微波预处理对玉米秸秆的组分提取及糖化的影响

为了分离得到玉米秸秆中的半纤维素、木质素,改善纤维素的酶水解可及性,对玉米秸秆进行了二步微波预处理法研究.考察了秸秆粒径、液固比、碱及甘油用量、微波功率与处理时间对半纤维素和木质素得率的影响;探讨了预处理后秸秆的酶水解性能.得到的优化预处理条件为:玉米秸秆粒径40～80目;微波-碱预处理功率116.7 W/g、时间10 min、液固比20 mL/g、碱用量150％(质量分数);微波-甘油预处理功率66.7 W/g、处理时间30 min、液固比20mL/g、甘油质量分数100％.试样结果表明:经微波预处理后每10 g玉米秸秆最终可得到2.48 g半纤维素、0.95 g木质素,3.55 g还原糖;二步微波预处理不仅能够提取出玉米秸秆中的半纤维素、木质素,而且提高了纤维素水解的酶可及性,实现了组分的分离.     

螺杆挤压连续汽爆玉米秸秆流变性分析

为玉米秸秆在装置内的流场模拟提供重要物性参数,用螺杆挤压连续汽爆装置处理玉米秸秆,对得到的挤出物和汽爆物进行流变性分析。该文研究了玉米秸秆挤出物和汽爆物在不同温度下的流变曲线、温度对其表观黏度的影响,利用测试数据对其流变模式进行了线性拟合。结果表明：玉米秸秆挤出物和汽爆物具有明显的剪切稀化现象,均属假塑性流体;在低剪切速率时,流变曲线受温度的影响不明显,在高剪切速率下,流变曲线受温度的影响较明显;通过运用宾汉、卡森和幂律3种流变模式进行线性拟合发现,玉米秸秆挤出物和汽爆物的拟合效果均为幂律模式最佳,宾汉模式最差;挤出物和汽爆物的幂律模式本构方程可用于计算精确的流场模拟结果,为挤出物在单螺杆内和汽爆物在连续酶解装置的流动状态提供模拟依据。     

温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及酶解效果

为研究温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及其酶解效果,分别采用不同蒸煮温度（453、471和485 K）和不同爆破压力（1.0、1.5和2.0 MPa）对玉米秸秆进行汽爆处理,测定并分析对其物理结构（微观形貌和多孔特性）、化学组成（组分含量、官能团结构和结晶程度）和热力学性质的影响。结果显示：随蒸煮温度增加,汽爆秸秆中半纤维素和乙酰基含量最高降低50.69%和67.11%,木质素含量最高增加17.66%,整体热稳定性增加;水洗液中糖类产物含量最高降低45.37%,而有机酸和糠醛类含量最高增加37.66%和73.21%。随爆破压力增加,汽爆秸秆多孔特性得到改善,具体表现为累积孔体积、累积孔面积、平均孔径、孔隙率、渗透率和迂曲度均有不同程度增加。汽爆水热改性作用对提升秸秆酶解效果的贡献大于其物理爆破作用,但在较高温度条件下对结构性成分的过度降解可能导致回收率降低,从而影响葡萄糖得率。在471 K低温维持和2.0 MPa高压爆破条件下,汽爆秸秆纤维素水解率最高达到87.99%,表明温压分控汽爆预处理策略有效促进秸秆纤维素酶解转化。研究可为揭示木质纤维素类物料汽爆过程物化作用机理、提高预处理和后续转化利用效果提供理论依据。     

挤压豆渣中可溶性膳食纤维制备工艺的优化

为了获得碱法制备挤压豆渣中可溶性膳食纤维的最适工艺参数,以液固比、温度、时间和碱浓度为试验因子,以可溶性膳食纤维产率为响应值,采用中心旋转组合试验设计进行试验。结果表明：4个因素对可溶性膳食纤维产率的影响大小依次为碱浓度＞液固比＞温度＞时间。通过典型性分析得出可溶性膳食纤维最适制备条件为：液固比26∶1、温度89℃、时间68 min、碱浓度1.12%。在此条件下,可溶性膳食纤维产率的预测值为33.96%,验证试验所得可溶性膳食纤维产率为34.12%。回归方程的预测值和试验值差异不显著,所得回归模型拟合情况良好,达到设计要求。在本试验优化的条件下,以经挤压豆渣为原料制备的可溶性膳食纤维产率（34.12%）显著高于以未经挤压豆渣为原料的产率（13.51%）。     

高直链玉米淀粉制备抗性淀粉的技术改进及成品分析(简报)

为了进一步提高玉米淀粉转化为抗性淀粉的得率,该文以高直链玉米淀粉为原料,通过压热——冷却循环并结合酸水解处理,考察循环次数、酸种类、酸浓度与水解作用时间对抗性淀粉制备的影响,改进抗性淀粉的制备技术路线和一些条件参数,并对成品的一些性质进行表征分析。高直链玉米淀粉经过121℃压热20min——4℃冷却24h循环处理2次,再用0.1mol/L柠檬酸于室温下水解12h,抗性淀粉的得率可以达到39%;X-射线衍生图表明,所得到的成品中抗性淀粉是以B型晶体形式存在;差示扫描量热(DSC)分析显示,抗性淀粉对热稳定,只有在较高温度下才会发生相转变。     

玉米秸秆稀酸水解时糠醛形成原因及影响因素

该文通过试验研究了玉米秸秆在稀酸水解过程中糠醛类物质的产生规律和主要影响因素。试验结果表明：己糖转化为羟甲基糠醛的反应是水解液中糠醛类物质产生的主要原因,而戊糖向糠醛的转化率较低。影响水解液中糠醛类物质浓度最大的因素是还原糖浓度,在所有系列试验中糠醛浓度同还原糖浓度均显著相关;水解时间对水解液中糠醛类物质浓度有显著影响,糠醛浓度随着水解时间的增加而升高;稀硫酸0.5%～2.5%浓度的范围内能够有效提高己糖向羟甲基糠醛的转化效率;而固含物和水解温度在试验条件下对糠醛类物质的产生没有显著影响。     

乙二醇-氯化铁预处理对棉秆酶水解效率的影响

为提高棉秆的纤维素酶水解效率,该研究以乙二醇为预处理溶剂,氯化铁为催化剂对棉秆进行预处理,实现了棉秆木质素和半纤维素的有效去除,提高了酶水解效率。以木质素和半纤维素的去除率为指标,运用正交试验方法优化乙二醇-氯化铁预处理条件。结果表明,棉秆在90%乙二醇水溶液,0.1 mol/L氯化铁,固液比1∶15,160 ℃条件下处理20 min,木质素和半纤维素去除率分别为85.7%和88.9%。相较原料,预处理后棉秆酶解率提高了7.6倍,葡萄糖产率达到100%（基质浓度5%,酶载量8.3 FPU/g,水解72 h条件下）。通过结构表征发现乙二醇-氯化铁预处理使棉秆的比表面积增大,致密结构被破坏,有效提高了棉秆的纤维素酶可及性。     

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

0.01%稀硫酸辅助超声波洗涤玉米秸秆可除去大量K、Ca、Mg及P元素。洗涤后秸秆用0.1%硫酸预处理时,硫酸中添加金属氯盐预处理时半纤维素降解率达37%,预处理渣的酶解率最高达23%;经洗涤的秸秆在未添加金属氯盐时,其值分别为17%和 12%。添加金属氯盐使反应体系溶液pH值降低,但添加与金属氯盐溶液的pH值相同的纯硫酸预处理经洗涤的玉米秸秆时,半纤维素降解率为19%,低于添加金属氯盐预处理的半纤维素降解率37%。几种氯盐中,FeCl3促进酸预处理半纤维素降解率高于其他几种。可知,金属氯盐特别是氯化铁能促进稀硫酸预处理玉米秸秆半纤维素降解率,且pH值降低不是引起预处理效率提高的关键原因。     

Porosity and its effect on the digestibility of dilute sulfuric acid pretreated corn stover

Enzyme accessibility has been proposed as a limiting factor in the enzymatic conversion of the cellulose in biomass to glucose. Prior work has shown a strong correlation between porosity, measured as the change in the volume of pores accessible to a cellulase-sized molecule, and the initial digestibility of biomass pretreated by various methods. The goal of this work was to determine if porosity was one of the factors governing the overall enzymatic digestibility of the cellulose in dilute acid pretreated biomass. The porosity of wet pretreated corn stover was determined using the methods of solute exclusion and 1H nuclear magnetic resonance (NMR) thermoporometry. The solute exclusion method identified differences in the accessible pore volume of the pretreated samples compared to untreated corn stover; however, only very small differences in porosity were observed among samples pretreated with a range of severities, giving ethanol yields from 70 to 96%. No correlation was found between the volume accessible to an enzyme-sized molecule (diameter estimated to be 51 A) and the digestibility of the cellulose in dilute acid pretreated corn stover. 1H NMR thermoporometry was used to measure the amount of water in pores ranging from 20 to 200 A. As was the case for the solute exclusion method, a difference was observed in the pore volume of untreated and acid pretreated corn stover, but no significant differences in pore volume were measured for the different pretreated samples.     

响应面法优化酸水解稻秆制木糖的工艺参数

为了提高稀硫酸水解稻秆制木糖的收率,采用响应面法对稀硫酸水解稻秆制木糖的关键参数进行了优化研究,建立了木糖收率的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用。结果表明,3个因素对木糖收率的影响大小依次为酸浓度（质量分数）＞温度＞时间;稀硫酸水解稻秆制木糖的最佳工艺参数为：酸质量分数1.52%、温度121℃和时间为56 min。在此条件下,木糖的最高收率为78.12%。在最佳工艺条件下得到实验结果与模型预测值很吻合,说明所建立的模型是切实可行的。     

加压氨解预处理玉米秸秆糖化工艺研究

以玉米秸秆糖化为目的,研究加压氨解预处理对玉米秸秆还原糖产量和脱除木质素的影响,以确定其最佳工艺条件。结果表明:影响加压氨解预处理的主要因素是氨水浓度和粒径,其最优条件为氨水浓度15%,时间6min,压力0.075MPa,基质浓度150g/L,粒径1mm,可以获得1.74%的还原糖得率和43.30%的木质素去除率。     

两步法高效水解水稻秸秆制取木糖和葡萄糖

在序批式高压反应釜反应器中,采用两步法研究了水稻秸秆在稀硫酸水溶液中水解为木糖和葡萄糖,系统考察了反应温度、反应时间、水稻秸秆用量和稀酸浓度对水稻秸秆水解反应的影响。实验结果表明:与传统一步法酸水解相比,采用两步法酸水解水稻秸秆,既可以得到很高的木糖产率,又可以得到较高的葡萄糖产率;反应温度、反应时间和酸浓度对水稻秸秆酸水解产物的分布和产率有着重要影响。第一步水解反应中,当底物用量为1.5 g,酸浓度为0.5%wt时,140℃反应120 min,木糖产率高达162.6 g·kg-1;第二步水解反应中,当底物用量为0.5 g,酸浓度为1.0%wt时,180℃反应120 min,葡萄糖产率高达216.5 g·kg-1。本研究为农业废弃物水稻秸秆的高效和高值资源化利用提供了新的策略。     

农业生物质燃烧特性及燃烧动力学

为了充分燃烧利用农业生物质,采用 TG-DTG-DSC ( thermogravimetric-differential thermogravimetric-differential scanning calorimetry)联用技术对玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝、荔枝条及其混合燃料进行了热重试验,考察了其可燃特性、着火特性、燃尽特性及综合燃烧特性,计算了燃烧动力学参数.结果表明,玉米杆及玉米芯燃烧前期DTG曲线分别出现2、3个峰值,而稻草、龙眼枝及荔枝条燃烧前期DTG曲线均只出现一个峰值;玉米杆及稻草燃烧中后期出现DSC曲线的吸热峰;玉米杆的可燃特性指数及着火特性指数均最大,且着火温度最低,荔枝条的燃尽特性指数最大,玉米芯的综合燃烧特性最好;低温阶段反应级数约为1.0~1.2,高温阶段反应级数约为0.5~0.8,低温阶段活化能大于高温阶段的活化能;生物质燃烧前期属于均相着火,后期属于多相着火.秸秆类生物质纯烧的后期稳定性较差,在木质类生物质中适当加入秸秆类生物质有利于混合燃料的前期燃烧,研究结果可为农业生物质的燃烧利用提供指导.     

有机酸处理条件对玉米秸秆热解特性的影响

酸洗预处理能有效改善K^+对生物质热解的影响,该文利用热重分析仪和裂解-气相色谱质谱联用仪进行了玉米秸秆的热解试验,研究了不同有机酸酸洗浓度(3%、5%和7%)、酸洗温度(25、50和75℃)和酸洗时间(1、2和3 h)对玉米秸秆热解特性的影响。结果表明:酸洗能显著降低玉米秸秆内在K^+的含量;经过不同条件的有机酸洗预处理后,玉米秸秆的TG/DTG(thermogravimetry/differential thermogravimetry)曲线均向高温段移动,最大热解速率随着酸洗浓度和酸洗温度的增加逐渐增大,随着酸洗时间的增加先增大后降低,在酸洗温度为75℃时,最大热解速率达到最大值15.49%/min;与此同时,玉米秸秆热解主要产物为酚类、酮类和呋喃类化合物,酸洗后,其酚类物质产率明显增加,在酸洗浓度为7%时达到最大值16.75%,而酮类和呋喃类化合物产率减少,分别在酸洗时间为1 h和酸洗浓度为7%时达到最小值0.10%和7.13%。酸洗后,焦炭产率减少,在酸洗浓度为3%时达到最小值18.79%。通过研究不同处理条件下有机酸对玉米秸秆热解特性的影响,为生物质预处理中酸溶液的选择提供了参考。     

纤维乙醇工艺中酸处理稻秸秆反应条件的优化

以木糖含量为指标,在稀酸处理条件中时间、浓度和液固比影响试验结果的基础上,采用二次回归正交设计优化稀酸处理的条件,建立稀酸处理3因素与木糖含量之间的回归方程关系式,通过验证得到方差分析具有显著性。同时得到各因素的主次因素顺序：时间（x1）＞液固比（x2）＞浓度（x3）。并通过回归方程求解得到的稀酸处理秸秆条的最佳工艺参数为：反应时间2 h,稀酸体积分数4.1%、液固比22︰1,此条件下可以求得较为稳定的木糖质量浓度为0.332 g/L。研究中通过采用二次回归正交设计方法,较大程度地减少了试验次数和优化工艺条件,从而为试验研究提供了一定的依据。此外,该试验研究结果表明3因素交互项对试验结果影响不显著,但反应时间和稀酸浓度2因素的水平选择上有待调整。