离子液体处理稻秆纤维素制备乙醇的研究

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1、哈尔滨理工大学理学硕士学位论文3．1离子液体[AMIMJCI合成工艺及表征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．143．2离子液体处理稻秆机理探讨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．163-3传统加热条件下[AMIMICI溶剂对稻秆的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．4微波加热条件下对稻秆的预处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．193．4．1微波加热条件下水溶剂对稻秆的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．193．4．2微波加热下[AMIMICI溶剂对稻秆的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．5不同预处理方法对纤维素产糖能力的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．6再生纤维素F

2、T-IR分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．7处理混合液FT-IR分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．253．8稻秆纤维素热重分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一263．9稻秆纤维素XRD分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．273．10稻秆纤维素SEM分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，283．10．1间歇式微波加热[AMIM]CI溶剂处理稻秆SEM分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．10．2不同方法预处理稻秆SEM分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．293．11固定化酵母性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。。⋯。⋯⋯⋯

3、⋯⋯．303．11．1氯化钙浓度对固定化酵母发酵性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．11．2海藻酸钠浓度对固定化酵母发酵性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．313．11．3固定化酵母重复发酵能力研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯323．12不同预处理方法再生纤维素乙醇产率分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯333．13本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34i者论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯；⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯：；5参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．36攻读硕士学位期间发表的学术论文⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40哈尔滨理工大学理学硕士学位论文第1章绪论1．1课题研究背景及意义纤维素是地球上来源丰富的一种可降解天然生物质原料，其水解产物主要为葡萄糖，对纤维素水解产物进行发酵在环境保护及能源的开发利用方面具有重要的意义【1。31。稻秆是产量较高的一类木质纤维素，主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成。纤维素是由B—D．葡萄糖基通过1．4苷键彼此连接起来的线型高分子化合物，半纤维素则是由两种或两种以上糖基组成的非均一性高聚糖，而木质素是由苯丙烷单元通过碳碳键和醚键连接而成

5、的立体高聚物∽。半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素与木质素之间，而网状结构的木质素作为骨架支撑包围纤维素和半纤维素；纤维素中还存在着大量羟基基团形成的分子内及分子问氢键，这些氢键形成致密的晶体结构导致稻秆纤维素在大多数溶剂中不溶解，严重限制了植物纤维素的开发应用【5l。对植物纤维素的预处理可有效提高纤维素利用率，使微生物及化学制剂对纤维素发挥更大作用。现有研究较多的预处理方法主要为酸处理法和碱处理法等。酸处理法中溶剂主要为乙酸，硫酸等。乙酸处理脱除了大部分的木素，有效提高甘蔗渣的纤维素酶解性能，但也会不同程度造成纤维素的乙酰化翰；硫酸处理可有效溶解半纤维素，使纤维素大量

6、暴露出来，但因其腐蚀性较强及难以回收再利用的特点，限制了该溶剂在预处理方面的实际应用川。碱处理法18’9】采用碱液为溶剂通过皂化作用对纤维素进行预处理，溶剂为碱性过氧化氢、氨水及氢氧化钠等，处理过程中纤维素、半纤维素及木质素之间的复杂缠绕结构被破坏，而碱液的进一步后处理及其较高的成本是限制其实际应用的原因之一。多种方法虽然各有优点，但都在不同程度上存在着原材料分离困难、产物产率低、反应效率低、难以工业化及污染环境等缺点。而离子液体具有很好的生物可降解性，被认为是潜在替代传统有机溶剂的绿色溶剂；与易挥发的传统有机溶剂相比，离子液体具有几乎可以忽略的饱和蒸气压、可设计性的阴

7、阳离子、很强的亲水性及良好的电化学稳定性和热稳定性等优点【10i，可有效破坏稻秆纤维素内部结构以提高纤维素利用率。本文以实用性强、分布广泛的稻秆纤维素为研究对象，离子液体哈尔滨理工大学理学硕士学位论文[AMIM]C1为溶剂在微波加热条件下对稻秆纤维素进行预处理，并进行传统加热处理及微波加热水溶剂处理的对比试验；对再生稻秆纤维素进行酶解，得到还原糖液后采用固定化酵母细胞技术进行发酵制备乙醇，分析再生纤维素产糖能力及进一步发酵能力以确定最佳预处理方法。1．2离子液体研究进展离子液体作为一种新型的绿色有机溶剂，蒸气压低，不易燃烧，同时热稳定性较