基于SO3微热爆预处理小麦秸秆的工艺及机理研究-生物化工专业论文.docxVIP

A Dissertation Submitted for the Degree of Master Study on process and mechanism of SO3 micro-thermal explosion pretreatment of wheat straw By Zhu Chuan Xi Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China March, 2014 致 谢 光阴似箭 ，岁月 如梭 ，两年半 的研究 生生 活即将结 束。经 历了 找工作 的喧嚣与 坎坷，我深 深体会到 了论文 写作 时的那份 宁静与 思考 。回首两 年 半的求学 历程，对那 些引导我 、帮助 我、激励我的 人，我 心中 充满了感 激。 首先， 我要感 谢 我的导师 王淮 讲师， 从论文的 选题到 论文 写作定稿 ， 倾注了王 老师大 量的 心血。在 我攻读 硕士 研究生期 间，深 深受 益于王老 师 的关心、爱护和 谆谆 教导。他 作为老 师，点拨迷津 ，让人 如沐 春风；作 为 兄长，关 怀备至，让 人感念至 深。能 师从 王老师，我为自 己感 到庆幸。在 此谨向王 老师表 示我 最诚挚的 敬意和 感谢 ！ 其次，我 要感谢 本课 题组的姚 日生教 授，他是一位 治学严 谨、知识渊 博的长者 ，在我 遇 到 科研上的 难题时 ，姚 老师给了 我很多 建议 使我受益 良 多。此外 还要感 谢何 红波老师 ，正是 由于 他选择了 我当课 题组 组长给了 我 一个锻炼 自己的 机会 ，使我战 胜了原 本的 怯懦，敢 于在众 人面 前展示自 己， 而我获得 的工作 正是 源于这份 自信。 在此 ，向何老 师深表 感谢 。 感 谢在研 究生生 活和学习 过程中 ，乔 乔、张 鹏、张涛 、张 维博、罗成、 张波、叶俊 、张洲 、张然然 、管秋 香、田 玉 敬、李绪奇 、方 强 、徐菲 等同 学的帮助 和支持 ；感 谢课题组 的所有 同学 给我的关 心和支 持；感谢一起 度 过研究生 阶段的 同学 们，正是 和你们 一起 相互交流 与帮助 ，才 使我得到 不 断的进步 ，同窗 之 谊 ，我将终 生难忘 ！ 感 谢我的 女友赵 晶这么多 年对我 的理 解，支持 ，鼓励 和一 路的陪伴 。 最 后 ， 需 要 特 别 感 谢 的 是 我 的 父 母 。 父 母 的 养 育 之 恩 无 以 为 报 ， 他 们 是我十多 年求学 路上 的坚强后 盾，在 我面 临人生选 择的迷 茫之 际，为我 排 忧解难， 他们对 我无 私的爱与 照顾是 我不 断前进的 动力。 作 者： 朱 传 喜 2014 年 3 月 10 日 I 摘要 本论文在课题组已有的 SO3 微热爆协同稀碱处理方法的基础上，进一步拓展 了 SO3 微热爆处理的底物，对影响 SO3 微热爆处理的因素进行了考察，通过对预 处理前后官能团、元素含量、形貌进行分析，得出了 SO3 微热爆的作用机理，并 对预处理后的综纤维素进行了酶解过程研究。研究内容主要包括以下几点： 1．正己烷能够剥离小麦秸秆表面的蜡质，但是会引起麦秸秆的损失，损失 率达到 3.83%，残留在小麦秸秆内部的正己烷可能破坏纤维素酶的活力中心对后 续的酶解不利。 2．SO3 微热爆的处理时间对小麦秸秆的组分、官能团、空间结构以及酶解 糖化都有显著影响。从红外图可知，随着 SO3 微热爆处理时间的延长 813cm-1 处 的 C-O-S 吸收峰从无到有，且处理时间较短时 813cm-1 处却无吸收峰，说明先发 生水合反应后发生硫酸酯化反应。 3．通过对 SO3 微热爆的处理时间，处理温度，发烟硫酸用量以及秸秆含水 率进行研究，并以 SO3 协同稀碱预处理后的纤维素相对含量和酶解糖化效果为评 价依据，得到了 SO3 微热爆处理的最优工艺路线：秸秆质量：发烟硫酸体积比 1∶5，处理温度 60℃，处理时间 120min，秸秆含水率 5%。纤维素相对含量达 到 64.72%，木质素含量为 6.63%，酶解糖化率为 90.21% 4．通过 FI-TR、XPS、SEM 对 SO3 协同稀碱预处理前后小麦秸秆的官能团、 S 含量、形貌进行表征，得出了 SO3 微热爆预处理的机理。首先，通过气体扩散 作用 SO3 通过秸秆内部的毛细管与秸秆内的水反应生成硫酸放出热量，放出的热 量会使局部区域膨胀，当放出的热量达到 11.92kJ/100g 秸秆就能打破秸秆的刚性 秸秆，有利于增大秸秆的孔隙率和比表面积。随着处理时间的延长，硫酸打断木 质素与纤维素和半纤维素之间的氢键，并且与木质素上的醇羟基发生硫酯化反 应，破坏木质素的化学结构，提高了木质素的剥离效果，有利于后期的酶解糖化。 5．通过对预处