不同预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响

研究了NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3等4种化学联合盘磨预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响,考察了不同预处理方法对物料得率、木质素脱除率、还原糖得率、聚糖转化率和结晶度的影响。结果表明,预处理后,玉米秸秆的结晶度均降低。机械盘磨可以减小纤维长度和颗粒尺寸,增大比表面积,暴露出更多的纤维素活性位点,增加纤维素和纤维素酶的反应活性,提高其酶解性能。确定了酶解适宜的条件:纤维素酶用量30 U/g,β-葡萄糖苷酶用量10 U/g,酶解温度50℃和时间72 h,在此条件下NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3联合盘磨预处理后玉米秸秆的还原糖得率分别为41.00%,23.02%,65.77%和22.22%,聚糖转化率分别为39.04%,18.53%,70.49%和21.33%。在最优条件下,NH_3·H_2O联合盘磨预处理玉米秸秆的还原糖得率和聚糖转化率最高,是一种具有前景的预处理方法。     

木质纤维素丁酸预处理及其高效合成丁醇的调控

利用可再生的木质纤维素资源生产丁醇等液态燃料,可以实现农林废弃生物质的高值转化。以典型农林废弃物玉米秸秆为研究对象,选取丁醇生物合成前体物质丁酸作为预处理剂,拟建立生物质高效解聚/酶解及丁醇合成的优化工艺。结果表明：在180℃、50 g/L丁酸溶液中预处理0.5 h后,固体组分中的葡聚糖质量分数提高至47.25%,葡聚糖质量回收率达88.53%;在此预处理工艺下将固体组分进行酶解,当固液比和纤维素酶添加量分别为1∶5(g∶mL)和10 FPU/g底物时,酶解72 h的葡萄糖质量浓度达到70.8 g/L。这说明丁酸预处理可以有效破解玉米秸秆的复杂结构,进而提高纤维素酶的可及度。以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC 824)为发酵菌株,探究了秸秆酶解得到的葡萄糖和预处理残余丁酸作为底物进行丁醇合成的性能。当利用秸秆酶解产生的葡萄糖作为补料碳源时,丁醇产量从4.89 g/L提高到9.34 g/L。将秸秆酶解液和残余丁酸作为共底物补料时,发酵结束时的丁醇产量和生产效率分别达到10.58 g/L和0.147 g/(L·h),比对照组提高了116%,这表明...     

γ-戊内酯/水体系下稀酸预处理对玉米秸秆酶解特性的影响

γ-戊内酯预处理可以打破纤维原料的抗降解屏障,改善底物的可降解性能。目前,有关戊内酯预处理对木质纤维原料水解特性和结构变化的研究较少。本试验在戊内酯/水体系下,采用硫酸和硫酸氢钠预处理玉米秸秆,研究了其对底物水解特性和结构的影响。结果表明,戊内酯/水体系能够脱除底物中的半纤维素和木质素。硫酸的催化效果优于硫酸氢钠,硫酸浓度分别为75和150 mmol/L时(120℃下进行预处理1 h),底物中纤维素相对含量从34.82%增至57.41%和72.57%,150 mmol/L硫酸预处理时半纤维素和木质素脱除率为92.0%和77.4%,纤维素酶(10 U/g底物)水解得率分别为52.4%和65.6%。对预处理前后玉米秸秆结构表征结果显示,戊内酯预处理后玉米秸秆纤维表面受到破坏,表面O/C明显增加,木质素和半纤维素被脱除,玉米秸秆结晶度增加。该试验表明戊内酯/水体系下稀硫酸预处理可高效溶出玉米秸秆中的半纤维素和木质素,提高纤维素酶水解效率,具有一定的应用前景。     

碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽预处理对慈竹转化乙醇得率的影响

慈竹是转化生物质燃料及化学品的理想原料之一。笔者采用优化的碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽爆破(ALS-SE)“一步法”对原料慈竹进行预处理,在脱除木质素的同时,降低碳水化合物的降解,提高转化乙醇的效率。红外光谱分析表明,ALS-SE预处理液体中含有木素磺酸盐,将其回收用作表面活性剂加入同步糖化发酵试验中,能有效降低木质素对酶的无效吸附,改善发酵效率。试验分别研究对比了底物质量分数5%和10%,纤维素酶用量18 U/g-纤维素和24 U/g-纤维素以及ALS-SE预处理液对慈竹转化乙醇的影响。结果表明,“一步法”预处理慈竹可以显著地提高乙醇得率:底物质量分数5%、纤维素酶用量18 U/g-纤维素时“一步法”预处理慈竹乙醇得率达到其理论得率的6322%,相比原料慈竹和低压蒸汽爆破,慈竹的乙醇得率分别提高了118倍和062倍;提高底物质量分数为10%,纤维素酶用量为24 U/g-纤维素,其乙醇得率提高到8214%,加入ALS-SE预处理液体时乙醇得率进一步提高到8529%,同时降低了发酵副反应的发生。     

蒸汽爆破与碱法协同预处理对小麦秸秆结构及酶解的影响

以小麦秸秆为原料,采用蒸汽爆破预处理(SP)、碱法预处理(AP)以及两者协同预处理的方式分别进行预处理,通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等方法,分析了预处理前后麦秆形态和化学成分的变化规律,研究了碱处理与蒸汽爆破的不同组合对麦秆成分及后续酶解的影响。研究表明:相比先碱法后蒸汽爆破预处理(ASP),先蒸汽爆破后碱法预处理(SAP)的麦秆中纤维素质量分数高达88.15%,半纤维素和木质素质量分数分别减少到5.55%和4.13%。SEM和FT-IR分析结果及低底物浓度酶解结果表明,与其他预处理方法相比,SAP对麦秆的物理结构破坏程度更大,对木质素的去除效果更显著,纤维素的酶解转化率也明显优于其他预处理样品。以分批补料的手段对各预处理后麦秆进行高底物浓度酶解,SAP样品在底物质量浓度高达180 g/L时,酶解120 h,纤维素转化率可达80.53%。蒸汽爆破与碱处理的不同组合方式对麦秆的预处理效果不同,SAP的方法能极大的提高麦秆的酶解效率。     

几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

比较了商品纤维素酶和自产纤维素酶在蛋白组分及蛋白组分含量上存在的差异。商品纤维素酶水解稀酸预处理和蒸汽爆破预处理的玉米秸秆,其水解得率均低于自产纤维素酶。以蒸汽爆破的玉米秸秆为碳源制备纤维素酶,添加外源8 IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶,水解蒸汽爆破的玉米秸秆48 h,纤维素水解得率为90.08%;水解液中纤维二糖的质量浓度从17.06 g/L降低到1.12 g/L,相应葡萄糖质量浓度从21.09 g/L提高到44.01 g/L,可发酵性糖从55.28%提高到97.52%。微晶纤维素对商品酶和自产酶的吸附在30 m in达到平衡,且符合Langmu ir等温吸附方程;由Langmu ir常数分析得知两类酶均来自里氏木霉,且对微晶纤维素的亲和力相差不大。     

基于微波液化的木质纤维素组分分离和转化——纤维素组分的理化和酶解性质

【目的】将微波加热与甘油利用相结合的综合炼制工艺用于木质纤维素生物质预处理,探索其在燃料乙醇制备中的可行性,为实现经济可行、经济有效的木质纤维素生物质酶解预处理技术和生物燃料生产提供基础信息。【方法】以银腺杨、日本落叶松、刚竹和柳枝稷为试验材料,采用微波液化法对其进行液化处理,将液化产物分为纤维素、半纤维素和木质素组分,并对纤维素纤维组分进行综合表征。【结果】化学分析结果表明,纤维素纤维具有较高的葡聚糖含量;红外光谱显示,木质素和半纤维素的信号逐渐减弱,说明半纤维素和木质素经液化处理后有效脱除;XRD分析结果表明,纤维素纤维结晶度高、表面积大。【结论】相比原木质纤维素生物质,银腺杨、日本落叶松、刚竹和柳枝稷4种原材料纤维素纤维的酶解糖化效率均有不同程度提升(最高酶解转化率可达70%),液化固体产物--纤维素纤维在制备燃料乙醇中具有广阔的潜力和前景。     

玉米秸秆组分分离预处理方法的研究进展

我国玉米秸秆产量较高,但利用率不到总产量的1/3。玉米秸秆作为可再生资源,经加工后可用作生物质能源,替代部分化石能源,缓解不可再生资源的短缺。玉米秸秆的高值化利用已引起众多研究者的关注。阐述了玉米秸秆常用的预处理方法,针对单一方法在预处理过程中存在的局限性,提出将各种预处理方法相互结合,对玉米秸秆预处理方法进行改进,使纤维素、半纤维素和木质素得以分离和提取,以期对后续玉米秸秆的高值化利用提供借鉴。     

低浓度乙酸预处理玉米芯的工艺研究

以脱除木质素,降解半纤维素为木糖,提高纤维素酶解得率为目的,研究了低浓度乙酸预处理玉米芯的效果,考察了乙酸质量分数、预处理温度和时间对预处理的影响。研究结果表明:质量分数5%乙酸预处理玉米芯可以脱除大部分的半纤维素和少部分木质素,预处理后的玉米芯具有较好的水解效果。低浓度乙酸预处理玉米芯最优条件为:预处理温度160℃,保温时间60 min,乙酸质量分数5%,固液比1∶8(g∶mL)。在此条件下,玉米芯固体渣回收率为53.75%,固体渣中纤维素保留率93.17%,半纤维素脱除率87.36%,木质素脱除率25.04%,预处理液中木糖质量浓度15.56 g/L。预处理后的玉米芯固体经72 h酶解,酶解得率为92.69%。     

磷酸联合过氧化氢预处理玉米芯及其酶水解效率的影响

利用磷酸联合过氧化氢(H_3PO_4-H_2O_2,PHP)预处理玉米芯,并以纤维素酶水解预处理后玉米芯,以酶解效率为指标优化预处理条件。研究结果表明:玉米芯经H_3PO_4-H_2O_2混合液(H_3PO_4质量分数80%)于50℃下预处理4 h后,纤维素质量分数57.38%,纤维素回收率95.84%,半纤维素和木质素的脱除率分别为62.36%和68.97%。在酶用量10 FPIU/g(以葡聚糖质量计)的条件下,72 h酶水解得率为39.12%,相比未经预处理玉米芯的72 h酶水解得率(10.84%)提高了2.61倍。利用红外光谱分析物料预处理后结构的变化,H_3PO_4和H_2O_2在预处理过程中起到了协同作用,能同时去除半纤维素和木质素。相比单独使用H_3PO_4预处理(16.78%)或H_2O_2预处理(20.71%),H_3PO_4-H_2O_2预处理玉米芯的72 h酶水解得率分别提高了133.13%和88.89%。     

玉米秸秆稀酸预处理的研究

研究了玉米秸秆稀酸预处理条件对木糖得率和纤维素酶水解性能的影响.在单因素试验的基础上,用正交试验法对稀酸预处理条件进行优化.在固液比1∶10、硫酸质量分数0.75%、温度150℃条件下处理30min,木糖得率最大为85.64%.100g玉米秸秆经稀酸预处理和纤维素酶水解后,可得到最大总糖量49.74g.分析结果表明,木糖得率最大影响因素为酸浓,酶解得率最大影响因素是温度.温度对综合指标的影响极显著,酸浓影响显著,时间影响不显著.预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.     

玉米秸秆基吸油材料的制备与表征

以玉米秸秆(RCS)为原料,经氨水预处理得预处理玉米秸秆(PCS),再经乙酸酐酯化改性制备改性玉米秸秆(ECS)吸油材料,并考察不同酯化条件对产物吸油性能的影响。结果表明:RCS、PCS(预处理6 h)对0~#柴油的吸收倍率分别为1.90和4.43 g/g;以冰乙酸为溶剂,冰乙酸与乙酸酐质量比为1∶1,秸秆与冰乙酸-乙酸酐混合液的质量比为1∶15,催化剂浓硫酸用量为4.5%(以秸秆质量计),反应温度为110℃条件下,酯化反应5 h所得改性产物ECS的吸油率可达9.03 g/g,且ECS疏水性和漂浮性能均得到显著改善。采用XRD、FT-IR、SEM和BET等方法对预处理前后及酯化改性后秸秆进行了分析与表征。结果表明:酯化反应已顺利进行,酯化改性后秸秆呈非晶态,ECS呈均匀的介孔结构,介孔及粗糙表面的出现提高了材料的吸油率和漂浮性能。     

马来酸酐和甘油复合处理对杨木尺寸稳定性的影响

以马来酸酐和甘油为改性剂处理速生杨木,探究马来酸酐质量分数、预处理温度和时间、酯化温度和时间对改性材尺寸稳定性的影响。结果表明,马来酸酐质量分数100%、预处理温度90℃、预处理时间4h、酯化温度100℃、酯化时间4 h时,改性材的抗体积膨胀率最大;红外光谱分析和扫描电镜观察结果表明,马来酸酐与木材和甘油中的羟基发生了酯化反应,形成酯化物,填充细胞壁孔隙,降低孔隙率,故提高了木材尺寸稳定性。     

稀酸预处理改善玉米秸秆酶水解性能的机制探讨

为了探讨在稀酸预处理提高玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段提高纤维素转化率的机制,利用一系列的检测方法:FT-IR、XRD、SEM和比表面积分析仪分析了预处理前后玉米秸秆在形态学和物理化学性质方面的变化.在经过稀酸预处理后的玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段其纤维素转化率有较大的提高,经过170℃,60 min,固液比1∶15(g∶mL),1.00 g/mL酸质量浓度的条件预处理后,从31.88％提高到95.74％.XRD结果显示预处理后玉米秸秆的结晶度有所增加,从原料的37.8％增加到58.7％,但是当预处理强度增加到一定程度后,结晶度没有较大的变化,基本维持在58％.玉米秸秆的表面结构在稀酸预处理后,原来的光滑表面变得粗糙、多孔,这样的表面有利于纤维素酶与玉米秸秆的接触,预处理后玉米秸秆的比表面积有很大程度的增加,经过170℃,60 min,固液比1∶15,1.00g/mL酸质量浓度的条件预处理后,玉米秸秆的比表面积从0.329 m2/g增加到2.878 m2/g,这都有利于改善纤维素酶对纤维素的作用,增加纤维素转化率.     

改性秸秆生物质炭吸附去除水中氨氮的研究

以秸秆为原材料制备生物质炭,为了提高生物质炭的吸附能力,采用浓硝酸与氢氧化钠对其进行改性处理。采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对秸秆生物质炭进行表征。结果表明,酸碱改性后的生物质炭比未改性的不仅增加了一些小孔,而且改变了官能团的组成和吸收峰的强度,从而影响吸附效果。通过实验研究了投加量、吸附时间和温度等因素对改性生物质炭吸附去除氨氮效果的影响。对于50 mg/L的氨氮废水,最佳投料比为10 g/L。吸附动力学结果表明:酸改性的秸秆生物质炭对氨氮的吸附在200 min左右基本达到平衡,最高氨氮去除率达到80.5%;碱改性的秸秆生物质炭对氨氮的吸附在140 min左右基本达到平衡,最高氨氮去除率达到83.3%。碱改性秸秆生物质炭的吸附性能优于酸改性,其吸附符合准二级动力学方程,其吸附行为受外部液膜扩散、颗粒内扩散以及表面吸附等过程的影响。同时,吸附过程为吸热反应,随着温度的升高,利于吸附反应的进行。吸附等温线满足Freundlich方程。     

联合预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产气的 影响研究进展

我国玉米（Zea mays）秸秆年产量居世界之首,具有来源广、产量高的特点。厌氧消化产气是 玉米秸秆高效利用的重要途径之一。玉米秸秆主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其复杂的三维 网络结构对其厌氧发酵产生极大的阻碍作用,导致产期周期长、产气量和生物降解率偏低等问题。为了 提高玉米秸秆的消化率,首先需要通过一定的预处理技术高效破坏其紧密结构,从而提高玉米秸秆的生 物再利用性。目前,秸秆的预处理方法有物理预处理、化学预处理、生物预处理以及联合预处理方法等。 文章在简单介绍玉米秸秆主要成分及含量的基础上,概述了当前玉米秸秆联合预处理方法,并分析了其 对玉米秸秆厌氧消化产气的影响。     

联合预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产气的影响研究进展

我国玉米(Zea mays)秸秆年产量居世界之首,具有来源广、产量高的特点。厌氧消化产气是玉米秸秆高效利用的重要途径之一。玉米秸秆主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其复杂的三维网络结构对其厌氧发酵产生极大的阻碍作用,导致产期周期长、产气量和生物降解率偏低等问题。为了提高玉米秸秆的消化率,首先需要通过一定的预处理技术高效破坏其紧密结构,从而提高玉米秸秆的生物再利用性。目前,秸秆的预处理方法有物理预处理、化学预处理、生物预处理以及联合预处理方法等。文章在简单介绍玉米秸秆主要成分及含量的基础上,概述了当前玉米秸秆联合预处理方法,并分析了其对玉米秸秆厌氧消化产气的影响。     

两步法预处理脱除木质素对杨木酶水解的影响

以杨木片为原料,采用两步法预处理脱除木质素后,对原料进行酶水解,对杨木表观结构、理化特征及酶水解结果进行考察。实验结果显示:相较于一步法蒸汽爆破(SE)预处理,碱性磺化-蒸汽爆破(AS-SE)和碱性氧化-蒸汽爆破(AO-SE)预处理后均可脱除50%左右的木质素,并且显著增加了物料中的酸性亲水基团如磺酸基和羧酸基含量,纤维素可及度分别提高至132.04和119.10 mg/g。傅里叶红外光谱(FT-IR)结果表明碱性磺化和碱性氧化后,木质素结构中出现了亲水性功能基团(羟基、羧基和磺酸基),扫描电镜(SEM)结果表明两步法预处理后的物料表面出现开裂分层、层层剥落的现象。AS-SE预处理后,杨木纤维素酶水解率高达81.09%,原料糖得率达到73.72%。两步法预处理可对木质素进行选择性脱除和改性,改变了木质素理化特性及表观结构,增强了纤维素酶水解效果。     

不同热预处理对栎木木质纤维素降解的影响

【目的】为破坏木质生物质天然抗降解屏障,促进木质生物质高效转化利用,筛选出适宜的热预处理方式。【方法】以栎木为研究对象,利用质量法/体积法、范式抽提法对高温蒸汽处理、固态汽爆处理和挤压膨化处理栎木的物理性质、木质纤维素含量进行测定,采用傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射法对其木质官能团和纤维素相对结晶度进行分析。【结果】挤压膨化处理可显著改变栎木的形貌,持水力和比孔隙率分别为对照的3.2倍和4.71倍,容重降低至对照的1/4。各热预处理均可显著降低栎木木质纤维素含量,挤压膨化处理后木质纤维素含量显著下降,纤维素、半纤维素和木质素含量分别比对照组降低了22.60%、15.85%和7.9%。傅里叶变换红外光谱显示,各热预处理栎木均具有木质特征官能团,挤压膨化处理I₈₉₈/I_{1 509}比值显著增大,说明纤维素被富集。经不同热预处理后栎木仍具有典型的纤维素X-射线衍射特征,晶体结构峰形未发生改变,但强度不同程度变弱;相对结晶度不同程度增大,固态汽爆处理和挤压膨化处理后相对结晶度显著升高,表明结晶区的纤维素被更多地暴露出来。【结论】挤压膨化处理可显著改变...     

稀酸预处理玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物的来源探究

针对己糖(葡萄糖)、戊糖(木糖)共发酵产纤维素乙醇抑制物控制的关键性瓶颈,分别以玉米秸秆及玉米秸秆中非木质素的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物为原料,并以0.75%稀硫酸和180℃预处理40 min得到5种稀酸预处理液。以60 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源,分别添加上述稀酸预处理液,比较了5种预处理液对休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)共发酵产乙醇的影响,并探究主要抑制物来源。结果表明:133 g/L全玉米秸秆稀酸预处理的降解物会完全抑制C.shehatae糖代谢和共发酵。在玉米秸秆稀酸预处理过程中,4类非木质素组分降解物均会导致乙醇得率下降,其中100 g/L纤维素降解物完全抑制木糖的发酵,半纤维素降解物同时抑制葡萄糖和木糖的发酵,甚至对酵母产生致死毒性,热水提取物和乙醇提取物降解物延滞糖利用和酵母生长。玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物主要来自于纤维素和半纤维素在稀酸预处理中的降解反应,主要为甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛,同时还存在着其他降解产物的毒性或协同毒性。