金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

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CFS_预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响

CFS_预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响

山西农业科学 2023,51(12):1426-1434Journal of Shanxi Agricultural SciencesCFS 预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响田鑫,王雨萌,徐师苗,汪强杰,胡轲,张海波,程红艳(山西农业大学 资源环境学院,山西 太谷 030801)摘要:高铁酸钾复合液(CFS )是制备高铁酸钾的剩余滤液,其含有大量碱(OH -)和氧化剂(ClO -和Fe 6+),具有破坏木质纤维素顽固结构、提升酶解效率的潜力。

为实现秸秆的资源化利用与高铁酸钾制备废液的再利用,以山西储量丰富的玉米秸秆(CS )、高粱秸秆(SS )和谷子秸秆(MS )为原料,采用CFS 进行预处理,对比3种秸秆的酶解糖化率,分析秸秆的理化结构变化。

结果表明,CFS 预处理中碱和氧化剂共同参与了3种秸秆的降解,促进了酶解糖化率;在最佳预处理时间24 h 下,CS 、SS 和MS 的还原糖产量分别较对照提高252.77%、236.39%、216.66%,其中CS 的酶解效率最高;组分分析表明,CFS 处理能有效去除3种秸秆中木质素成分,增加纤维素相对含量,进而有利于纤维素酶的可及性;结构分析显示,CFS 处理后,3种秸秆的理化结构发生了不同程度变化,粗糙度增加,官能团发生断裂,纤维结晶度升高,热稳定性变差。

在3种秸秆中,CS 结构变化最明显,更有利于被生物转化。

综上,CFS 预处理可改变作物秸秆的理化结构,破坏其致密结构,促进后续酶解效率,是一种理想的预处理技术。

关键词:高铁酸钾复合液(CFS );预处理;作物秸秆;还原糖产量;理化结构中图分类号:S141.4 文献标识码:A 文章编号:1002‒2481(2023)12‒1426‒09Effects of CFS Pretreatment on Enzymatic Hydrolysis and PhysicochemicalStructure of Different Straw MaterialsTIAN Xin ,WANG Yumeng ,XU Shimiao ,WANG Qiangjie ,HU Ke ,ZHANG Haibo ,CHENG Hongyan(College of Resources and Environment ,Shanxi Agricultural University ,Taigu 030801,China )Abstract : Composite ferrate solution(CFS) is the residual filtrate for preparing potassium ferrate. It contains a lot of alkali (OH -) and oxidant(ClO - and Fe 6+), which has the potential to destroy the recalcitrant structure of lignocellulose and improve the efficiency of enzymatic hydrolysis. In order to realize the utilization of straw resources and reuse of preparation waste liquid of potassium ferrate, in this paper, corn straw(CS), sorghum straw(SS), and millet straw(MS), which are abundant in Shanxi province, were pretreated with CFS, the enzymolysis and saccharification rates of the three kinds of straw were compared, and the change of physicochemical structure of the straw was analyzed. The results showed that the alkali and oxidant in the pretreatment of CFS were involved in the degradation of three kinds of straw, which promoted the enzymatic hydrolysis rate and saccharification rate. Under the optimal pretreatment time of 24 h, the reducing sugar yield of CS, SS, and MS was increased by 252.77%, 236.39%, and 216.66% compared with that of the control, respectively, and the enzymatic hydrolysis efficiency of CS was the highest. Component analysis showed that CFS treatment could effectively remove lignin in three kinds of straw and increase the relative content of cellulose, which was beneficial to the accessibility of cellulase. Structural analysis showed that after CFS treatment, the physicochemical structure of the three kinds of straw changed in different degrees, roughness increased, functional group fractured, fiber crystallinity increased, and thermal stability decreased. Among the three kinds of straw, CS had the most obvious structural change and was more conducive to biotransformation. In conclusion, CFS pretreatment could change the physicochemical structure of crop straws, destroy the dense structure and promote the efficiency of subsequent enzymatic hydrolysis, so it was an ideal pretreatment technology.Key words :composite ferrate solution(CFS); pretreatment; crop straw; reducing sugar yield; physicochemical structuredoidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2023.12.11收稿日期:2023-01-04基金项目:山西省高等学校科技创新项目(2020L0137);山西农业大学科技创新基金项目 (2018YJ39);山西省优秀博士来晋工作奖励基金(SXYBKY201803);国家自然科学基金(52100149);山西省水利科学技术研究与推广项目(2022GM034)作者简介:田 鑫(1997-),女,山西汾阳人,在读硕士,研究方向:农业环境保护与废弃物资源化利用。

促进玉米秸秆酶解效率的化学预处理方法比较

促进玉米秸秆酶解效率的化学预处理方法比较
( / )Na H及 09 ( / )H O 混合液在常温 下按 固液 比 1: 0振荡作用 2 , mV O .% gg 2 2 5 4 h
即在纤维素酶用量 为 5 P / ,产糖量可从 00 5gg提升到 033gg 0F U g时 . / 5 . / ,提高了 3 8 .1 35 %;此 时的木质素 降解量亦为最大 ,达到 了 4 . 98 %,此结果表明木质素的降解 有利于纤维素酶敏感性 的提 高。 关键词:玉米秸秆 ;化学预 处理 ;酶 解;还原糖 ;木质素
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纤 维 素 科 学 与 技 术
第 l 卷 6
混合溶 液 ,备用 。
1 - 化 学预 处理 方法 .2 2
采 取八种 处理方 案 : < >l l %H2O 于 1 1 S 4 2 ℃下静置 作用 1 n 5 ,固液 比 l: ; mi 6 < >l H S 4 l l 2 % 2O 于 2 ℃下静置 作用 3 mi,固液 比 l: ; 0 n 6 < >l H S 4 1 1 3 % 2O 于 2 ℃下静置 作用 6 mi,固液 比 l: ; 0 n 6 < >l H S 4 10 4 % 2O 于 0 ℃充气 条件 下静置 作用 6 i, 固液 比 l: ; 0mn 6 < >2%醋酸溶 液于 室温 下静置 作用 2 ,固液 比 l: ; 5 0 4h 6 < >2%醋酸溶 液于 室温 下静置 作用 4 , 固液 比 l: ; 6 0 8 h 6 < >016 ( / )Na H 及 0 % ( 7 . % mV 7 O . 9 液 比 l: 0 5; < >016 ( / )Na H 及 0 % ( /)H22 8 . % mV 7 O . 9 VV 0 的混合 溶液于 室温下振 荡作用 2 ,固 4 h 液 比 l: 0 5。 每种 处理方法各 做三 个平 行试 验 。

离子液体体系下的玉米秸秆降解条件

离子液体体系下的玉米秸秆降解条件

A src : n e ncl udss m, edga a o o dt n ( aa s c n et t n rat ntm— b ta t U d r o i i i t t erdt nc n io s ctl t o cnr i , ci i q ye h i i y ao e o e
c dto s, o p r tv t d sp ro m e o e au t e e fc so o i i u d s se n q e on i n a c m a ai e su y wa e f r d t v l a e t fe t fi n c lq i y t m a d a u — i h
中图分 类 号 :0 3 66
文 献标 志码 : A
文 章编 号 : 0 1 5 5 2 1 ) 40 0 -5 1 0 —0 0 ( 0 0 0 -8 5 0
De r d to fc r s a k nd r i n c l u d s s e g a a i n o o n t l s u e o i i i y t m q
M u Li, Zh n n 。 M a Li u 。 a g Lo g ’ g o
( F cl f h m s y N r es N r l iesy C agh n 102 , hn ) aut o e it , ot at oma Unvr t, hn c u 30 8 C ia y C r h i ( co l fBoc neadT c n lg , h n cu nvri C ag h n10 2 C ia S ho isi c n eh oo y C a gh nU iesy, hn c u 30 3, hn ) o e t ( c olo hmia E gneig, h nc u iesyo eh oo y, h gh n1 0 1 C ia S h o fC e cl n ier n C a gh nUnvri f c nlg C a c u 3 02, hn ) t T n

酸处理玉米秸秆生物转化单细胞蛋白的研究

酸处理玉米秸秆生物转化单细胞蛋白的研究

酸处理玉米秸秆生物转化单细胞蛋白的研究摘要: 研究了经稀酸(pH 为2~ 3 的硫酸) 处理的玉米秸秆木质纤维素的成分变化及对木霉降解秸秆纤维物质作用的影响, 并探讨了木霉2酵母菌混合发酵转化酸处理秸秆的发酵工艺。

研究表明: 对玉米秸秆进行常温48h 稀酸处理, 可以有效地破坏木质素2半纤维素的包蔽层结构, 利于木霉对秸秆的生物降解。

木霉单菌种发酵8 d 后, 粗纤维分解率可达到65% , 其中, 纤维素分解率达到57%; 经木霉2酵母菌混合发酵后,粗纤维分解率达到70% , 其中, 纤维素分解率达到60% , 粗蛋白得率为23% , 使玉米秸秆的营养价值有了非常大的提高, 为低成本转化秸秆材料生产富含蛋白质饲料提供了有效途径。

农作物秸秆中含有许多有机营养物质, 是自然界存在量巨大的可再生资源。

我国年产农作物秸秆达5 亿t, 其中, 除少部分秸秆被用做牛羊等反刍动物的饲料或还田作肥料外, 大部分被焚烧、废弃, 既造成了资源的巨大浪费, 也对环境产生污染。

因此,研究利用秸秆中的有机物质生物转化生产单细胞蛋白、酒精、甘油等产品, 变废为宝, 对解决人类面临的能源短缺、蛋白质短缺、环境污染等问题具有重大意义, 已越来越受到各国科学家的重视。

由于秸秆中干物质的50%~ 60% 是由木质化程度较高的纤维素类物质组成, 并且其中的木质素和半纤维素形成牢固结合层, 将结晶化程度很高的纤维素包裹在里面,形成所谓的包蔽层结构, 使其很难被生物直接分解利用, 所以, 在很大程度上限制了秸秆的生物利用。

在进行秸秆生物转化时往往需要对其进行适当的预处理。

秸秆的预处理可以采用物理、化学或微生物方法。

酸法处理是常用的化学处理手段。

以往国内外研究工作集中在酸解糖化工艺, 或以提高酶解糖化效率为目的的酸处理工艺。

为了提高秸秆的糖化或酶解效率, 酸处理工艺主要采用稀酸高温水解法(2%~ 4% 稀硫酸, 95~ 100 °C 水解1h),二段式浓酸低温水解法。

不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析

不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析

不同方法预处理的玉米秸秆结构与酶解分析史旭洋;任晓冬;钱程;刘艳;刘心同;尚鑫;刘硕;刘禹廷;于藴波;张军【摘要】在利用秸秆进行工业转化时,因为秸秆结构复杂,导致转化效率低,所以需对秸秆进行预处理,破坏秸秆复杂结构,提高转化效率.采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射技术分析不同预处理方式对玉米秸秆微观结构的影响,并利用纤维素酶对不同预处理秸秆进行酶解,评价预处理效果.扫描电镜结果表明,不同预处理方式对秸秆表面形态和秸秆整体结构造成不同程度的破坏,其中NaOH预处理后的秸秆表面结构坍塌明显,表明木质纤维素结构被有效打破.利用傅里叶变换红外光谱对不同预处理方式的秸秆进行分析,其中1600和1510 cm-1为木质素的特征峰,NaOH预处理后的秸秆在此处的特征峰基本消失,表明NaOH预处理对秸秆木质素的去除效率比较明显.1744~1734 cm-1为C詤O伸缩振动特征峰,此峰的强度与木质素和半纤维素的含量有关,采用不同方法预处理后,此峰的吸收强度不同程度地减少,表明各种预处理方法不同程度地去除了秸秆的木质素和半纤维素.X-射线衍射分析表明,不同预处理后秸秆的结晶度均发生不同程度的改变,其中H2 SO4预处理后秸秆的结晶度提高最大,达到43.4%.其中NaOH预处理秸秆后,用纤维素酶酶解60 h,使其酶解产糖量达到33.32 g/L.本研究分析了不同秸秆预处理方法的效果,为利用玉米秸秆生产生物化工产品提供了理论依据.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2018(046)009【总页数】6页(P1501-1506)【关键词】秸秆;扫描电镜;傅里叶变换红外光谱;X射线衍射;预处理;酶解【作者】史旭洋;任晓冬;钱程;刘艳;刘心同;尚鑫;刘硕;刘禹廷;于藴波;张军【作者单位】吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林大学生命科学学院,长春130012;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000;吉林省公安厅物证鉴定中心,长春130000【正文语种】中文1 引言木质纤维素是自然界上最丰富的自然资源,利用木质纤维素可以生产多种生物化工产品。

预处理方法对玉米秸秆利用的影响

预处理方法对玉米秸秆利用的影响

第17卷第3期2009年9月纤维素科学与技术Journal of Cellulose Science and TechnologyV ol. 17 No.3Sept. 2009文章编号:1004-8405(2009)03-0035-04预处理方法对玉米秸秆利用的影响张荫雷,李莉,戴天纭,李蕴,马中良*(上海大学生命科学学院生命科学实验教学中心,上海 200444)摘要:分别用化学方法(稀硫酸、氢氧化钠、聚乙二醇-4000、曲拉通X-100)和物理方法(液氮超低温处理)对玉米秸秆进行预处理,比较了预处理后木质纤维素酶降解的效果。

结果表明:氢氧化钠和液氮超低温处理的降解效率比较好,生成的糖最多。

扫描电镜检测证明预处理后的秸秆物理结构发生了较大改变。

对预处理后的秸秆进行发酵产沼气能力比较的结果表明,液氮处理后的秸秆产沼气的量最多。

关键词:玉米秸秆;预处理;降解;木质纤维素;发酵中图分类号:TS721 文献标识码:A木质纤维素是重要的可再生资源,其可利用部分主要是纤维素[1]。

木质纤维素如玉米等农作物的废弃物难以被利用的主要原因是木质素和半纤维素共价结合、纤维素的结晶结构以及纤维素被木质素和半纤维素包覆[2],因此有必要对木质纤维素进行有效的预处理,破坏木质素的包裹,改变纤维素的结晶结构,以增大酶与纤维素的接触面积。

有效的预处理方法是目前提高利用纤维素利用率的主要途径。

本文研究了不同的预处理方法对玉米秸秆降解效率的影响及产生生物质能——沼气的效果。

1 材料与方法1.1 材料玉米秸秆购自江苏盐城,晒干,粉碎,备用。

纤维素酶R-10购自北京鼎国生物技术有限责任公司,纤维素酶活(以滤纸酶活表示)为133.4 FPU/mL。

1.2 方法1.2.1 样品的初步预处理称取高温灭菌过的玉米秸杆粉0.5 g,分别放入编号的锥形瓶中。

1.2.2 化学法预处理试剂的制备上述样品分别用2%氢氧化钠,2%稀硫酸,10%曲拉通(Triton-X-100),1%聚乙二醇(PEG-4000),每种处理平行做三个样本,于37℃过夜。

玉米秸秆预处理优化实验条件研究

玉米秸秆预处理优化实验条件研究

( v) m/ ) 或氢 氧化钠 ( %、 . % 、 、 . %、 % (/ ) , 拌均 匀 , O 0 5 1 15 3 v v)搅 高压 蒸 汽下 ( 2 1 1℃ ,. a 处 理 不 同的 0 1P )
时 间( 0 4 、0ri) 反 应结束 时 以 自然 降压 和急 速 降 压两 种 降 压 方式 使 反 应体 系 降 至 室温 , 得 处理 样 2 、0 8 n , a 获
第 5期

歌 等 : 米秸 秆 预 处 理 优 化 实验 条 件研 究 玉
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2 1 高压 蒸汽 下硫酸对 玉米 秸秆 处理 的最佳优 化条 件 . 图1 ~3所示 , 高压蒸 汽下 , 以相 同硫 酸浓度处 理秸 秆 , 还原 糖产 量 随处 理 时间 的延 长 而增 加 ; 同处 理 相
关键词 : 玉米秸秆 ; 预处理 ; 还原性 糖 中 图 分 类 号 : 85 Q1 文 献标志码 : A
现如今能 源短缺 已成 为 困扰 人类发 展 的重 大 问题 , 以生 物 质为 原料 生 产燃 料 乙醇 有着 越 来越 广 阔 的市 场前景 . 因此近 年来利 用废弃 的木 质纤维 原料生 产 乙醇已在各个 国家引起 越来 越广泛 的关 注[ . 1 但在 以纤 维 ] 素为原 料生产燃 料 乙醇的过 程 中, 最大 的问题是原 料 的预处 理. 预处 理 的 主要作 用 是 改变 天然 纤 维 的结 构 , 降低纤 维素 的结 晶 , 去木质ห้องสมุดไป่ตู้素 , 加酶 与纤维素 的接触 面积 , 脱 增 从而 提高酶 解 的效率. 目前预 处理 的方法 主要 有物理 、 化学 、 物和氨 冷冻爆 破法[ , 生 2 但预处 理效果 不理想 , ] 且对 生产 设备 的腐 蚀 、 磨损 和耗 能较 严 重 , j 因此开 发高效 、 低成本 的预处 理方法 成为 了亟待解 决 的技术 问题 . 研 究 以玉米 秸秆 为 原 材料 , 本 采用 物 理与

三价铁离子促进玉米秸秆厌氧发酵

三价铁离子促进玉米秸秆厌氧发酵

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三价铁离子促进玉米秸秆厌氧发酵
作者:时昌波王进彭书传侯成虎陈天虎岳正波
来源:《农业工程技术·新能源产业》2013年第07期
摘要:厌氧消化是农业废弃物资源化利用的有效途径之一。

微量元素是影响有机废弃物厌氧产沼气性能的重要生态因子,其中铁对有机废弃物的厌氧发酵过程的效率和稳定性作用最为显著,而通常秸秆的含铁量很低。

因此,该试验以玉米秸秆为例,研究了初始FeC13加入量分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.5%、3%、6%(基于秸秆的挥发性组分)时秸秆厌氧发酵产沼
气、产甲烷过程以及沼液沼渣特征。

结果表明初始FeCl3加入量为3%,秸秆的厌氧产甲烷效率相对于对照(加入量0%)提高了14%。

X射线衍射分析结果表明FeCl3存在时,沼渣中纤维素的结晶度显著降低。

沼渣的组分分析结果表明FeCl3的存在有助于提高玉米秸秆中纤维素及半纤维素的分解效率,从而提高了秸秆产甲烷效率。

该研究可为农业废弃物甲烷化利用提供参考。

关键词:厌氧发酵,甲烷,秸秆,三价铁离子
来源:农业工程学报,2013,29(13):218-225。

稀酸预处理对玉米秸秆中4类非木质素组分的降解规律研究_蒋发现

稀酸预处理对玉米秸秆中4类非木质素组分的降解规律研究_蒋发现
2, 3 2, 3 2 2 2 JIANG Faxian1, ,XU Yong1, ,ZHU Junjun1, ,YONG Qiang1, ,YU Shiyuan1,
( 1. College of Chemical Engineering, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037 ,China; 2. Key Laboratory of Forest Genetics and Biotechnology, Ministry of Education,Nanjing 210037 ,China; 3. Jiangsu Key Laboratory of Biomassbased Green Fuels and Chemicals,Nanjing 210037 ,China) Abstract : Four main nonlignin constituents in corn stover, including cellulose, hemicellulose, hot water extractives, and ethanol extractives ,were prepared and pretreated with dilute sulfuric acid,respectively. Their water soluble degradation products profiles were analyzed by high performance liquid chromatography detection. During dilute sulfuric acid pretreatment,glucose,formic acid ( FA ) ,levulinic acid ( LA ) ,and 5hydroxymethylfurfural ( HMF ) were released from cellulose degradation. Xylose, arabinose,glucuronic acid, galacturonic acid, acetic acid ( AA) , and furfural were released from hemicellulose degradation. The hot water extractives degradation produced glucose,xylose,arabinose,FA,AA,LA,HMF,and furfural,and only trace of glucose,xylose,AA,LA,and HMF were found in the hydrolyzates of ethanol extractives. Totally,FA,LA,and HMF mainly originated from cellulose degradation at the yields of 1. 4% , 2. 7% ,and 2. 2% ,while AA and furfural came from hemicellulose degradation at the yields of 3. 1% and 7. 8% on the basis of corn stove weight, respectively. Orthogonal tests showed that the AA production was significantly affected by the concentration of sulfuric acid,while the FA,LA,HMF,and furfural formations were seriously affected by the pretreatment temperature. Key words: corn stover; nonlignin constituents; dilute sulfuric acid pretreatment; degradation reaction; profiles of degradation chemicals

丙酸预处理秸秆的化学降解_杨晓瑞

丙酸预处理秸秆的化学降解_杨晓瑞

总糖含
量/ % 总糖
含量/ %
总糖含量
/%
温度/℃
图 2 温度对秸秆水解液中总糖含量的影响 由图 2 可以看出,在 100℃ 到 120℃ 的温度范 围内,随着反应温度的上升,秸秆水解后的总糖含 量在不断地升高,由 38. 24% 上升到 51. 77% 。而 在 120℃ 到 140℃ 范围之间,随着温度的继续上升, 总糖含量呈现出下降的趋势,总糖含量由 51. 77% 下降到 47. 63% 。其原因是在温度 高 于 120℃ 时, 产物中的单糖又发生复分解反应,生成了糠醛等非 糖副产物。从节能的角度来说,温度越高耗能也越 大,因此温度为 120℃ 时水解效果最佳。 2. 4 反应时间对秸秆水解反应的影响 取 秸 秆 20g, 加 入 浓 度 为 100g / L 丙 酸 溶 液 400mL,温度为 120℃ ,在密闭反应器中分别反应 0. 5、1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3. 0h,结果如图 3。
由表 2 可以看出,在一定的温度条件下,反应 相同时间,用 SO4 2-/ Fe2 O3 催化剂催化水解秸秆时, 得到的秸秆水解液中总糖含量最高为 45. 36% ; 其 次是阳离子树脂为 12. 19% ; 铝和高岭土作催化剂 时,秸秆水解液中总糖含量都很低。由此可以得到 铁催化剂的催化效果最好。固体酸 催 化 剂 SO4 2-/ Fe2 O3 是比硫酸酸性还强的酸,其催化机理与液体 酸类似,在很短的时间内就可以催化秸秆发生水 解。本实验采用铁催化剂即 SO4 2-/ Fe2 O3 来水解秸 秆,并对其水解条件做了研究。 2. 2 丙酸预处理对秸秆水解反应的影响
结果表明,加入丙酸进行预处理对秸秆的水解
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精细与专用化学品
第 21 卷第 4 期

金属离子对纤维素酶降解汽爆秸秆的影响

金属离子对纤维素酶降解汽爆秸秆的影响

摘要:以汽爆秸秆为底物,分别考察添加Fe2+、Mg2+、Cu2+和Fe3+四种金属离子对纤维素酶解性能的影响。

结果表明,金属离子的种类、用量均会影响纤维素的酶解效率。

其中Fe2+、Cu2+对纤维素降解有促进作用,当Fe2+浓度为0.6 mg/mL 时,对纤维素降解促进作用最明显。

Mg2+和Fe3+则会抑制纤维素酶解。

考察了纤维素酶在水解过程中的吸附过程,添加Fe2+可加快纤维素酶的吸附,促进纤维素酶与纤维素的有效结合。

关键词:纤维素酶;金属离子;水解;激活;吸附Effects of Metal Ion on the Hydrolysis of Steam-exploded Straw by CellulaseLI De-yinga, TIAN Yi-hongb, GONG Da-chunc(a. College of Materials and Chemical Engineering; b. college of Biological and Pharmaceutical Sciences;c. Research Institute for New Energy, China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,China)Abstract: Effects of metal ions Fe2+、Mg2+、Cu2+and Fe3+on the enzymatic hydrolysis of steam-exploded straw were studied. Results showed that the kinds and concentrations of metal ions affected yield of enzymatic hydrolysis. Fe2+ and Cu2+ improved enzymatic hydrolysis of lignocelluloses. Fe2+ significantly increased yield of enzymatic hydrolysis when the concentration was 0.6 mg/mL. Mg2+ and Fe3+ had some inhibition on the degradation of cellulose. The adsorption process of cellulase in the hydrolysis was examined. Adding Fe2+ accelerated cellulase adsorption and formed productive binding that increases accessibility of cellulose to cellulose.Key words: cellulase; metal ion; hydrolysis; activation; adsorption木质纤维素水解是纤维素乙醇的关键技术之一。

两步预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的实验研究的开题报告

两步预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的实验研究的开题报告

两步预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的实验研究的开题报告一、研究背景随着全球能源需求和环境保护意识的增强,生物质能成为可再生能源的一种重要来源,其中以玉米秸秆为主要生物质原料之一,其丰富的碳水化合物资源是制备生物燃料和化学品的重要基础。

然而,玉米秸秆作为一种复杂的生物质,含有大量的纤维素和半纤维素等难以降解的多糖,限制了其在生物质能源领域的广泛应用。

因此,必须采用一系列先进的生物转化技术来提取其中有价值的单糖物质。

目前,预处理是从生物质种子中提取单糖的关键环节之一。

在本研究中,我们将使用两步预处理方法来降低玉米秸秆中纤维素和半纤维素的结构,使其更易于酶分解和单糖的提取。

因此,本研究将在实验室条件下进行两步预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的实验研究。

二、研究目的本研究的主要目的是:1. 探究两步预处理对玉米秸秆中纤维素和半纤维素的结构影响;2. 比较不同酶种对预处理后的玉米秸秆的酶解情况;3. 优化酶水解反应条件,提高单糖的得率。

三、研究内容及方法本研究将采取以下方法:1. 玉米秸秆的处理:收集固定处理后的玉米秸秆,在实验室条件下进行两步预处理,包括酸预处理和碱预处理。

2. 酶水解反应:根据前期实验结果,筛选适合的不同酶种(CEL5、XynA2和BGLU3)进行酶解,优化反应条件(反应时间、酶用量、pH值、温度)。

3. 单糖分离检测:采用紫外分光光度计和高效液相色谱仪(HPLC)测定反应产物中各种单糖的含量。

四、研究意义本研究的意义在于:1. 探索两步预处理梦园对玉米秸秆中纤维素和半纤维素结构的变化,为后续的酶解提供基础。

2. 筛选并比较不同酶种的酶解效果和酶解条件,为开发高效的生物质转化方法提供实验数据支持。

3. 通过实验研究深入了解生物转化过程中单糖的提取原理和机制,为提高单糖的得率提供理论依据。

综上所述,本研究将为玉米秸秆的生物质能源利用提供重要的实验数据支持,并为开发和应用高效的生物质转化技术提供新的思路和方法。

预处理方法对玉米秸秆制氢影响研究

预处理方法对玉米秸秆制氢影响研究

厌氧发酵产氢现状
• 上世纪90年代以来,厌氧发酵产氢以自身优势受 到越来越多研究者的重视。人们对厌氧发酵生物 制氢途径进行了大量的探索和研究,取得了一定 成果。但基本上仍处于探索阶段。 • 目前生物发酵产氢中存在的三大难点: • (1)有机酸累积问题; • (2)如何激活产氢菌的同时抑制产甲烷菌; • (3)能源转化率太低。
• 碱法预处理是目前备受关注的有效方法。 其作用机理是利用OH-使木质素醚键断裂, 随着醚键的断裂木质纤维素的孔径会增大, 木质素分子上的酸性部分在碱溶液中电离, 可以促进木质素的溶解,进而除去木质素, 并使半纤维素溶解,同时能削弱氢键和酯 键,从而显著提高剩余的半纤维素和纤维 素的反应活性。碱法预处理还能除去半纤 维素的乙酞基等抑制性产物,提高微生物 和酶的可及性。
生物法
• 生物法是利用具有木质纤维降解能力的微生物把 秸秆中的木质纤维降解成易于厌氧菌消化的简单 物质。其关键技术就是寻找木质素降解能力强的 菌种,并确定其适宜的发酵条件。 • 生物法具有能耗低、无污染、条件温和、操作简 单等优点,但是目前还存在可利用的微生物种类 较少,作用周期过长,并且在处理过程中部分纤 维素和半纤维素会被微生物消耗掉,使秸秆纤维 素原料的水解得率降低。
农作物秸秆预处理
• 农作物秸秆在结构中含有生物化学上十分稳定的各种复杂 结合形式,难于被一般微生物分解。在秸秆厌氧发酵产氢 过程中,厌氧微生物对木质纤维素的降解消化能力弱,使 农作物秸秆的厌氧消化时间长、效率低,产气量少,投入 和产出不成比例。因此人们不得不借助化学的、物理的方 法进行预处理。 • 预处理的目的就是尽可能除去玉米秸秆中的木质素和半纤 维素,降低纤维素的结晶度,增加玉米秸秆的孔隙率。
丁酸型发酵
• 主要是在梭状芽抱杆菌属的作用下进行的。丁酸 型发酵产氢途径主要产氢菌种为梭状芽抱杆菌属、 丁酸弧菌属等,其主要末端产物是:丁酸、乙酸、 CO2和H2。它们在厌氧条件下将有机物分解,经 过三梭酸循环形成丙酮酸,丙酮酸在丙酮酸铁氧 还蛋白氧化还原酶催化作用下脱梭,羟乙基结合 到酶的TPP(焦磷酸硫胺素)上,生成乙酰辅酶A, 脱下的氢使铁氧还蛋白还原,而还原型铁氧还蛋 白在氢化酶的作用下被还原的同时释放出H2。

不同预处理方法对玉米秸秆水解糖化效果的影响_刘娇

不同预处理方法对玉米秸秆水解糖化效果的影响_刘娇
( 编辑: 崔成德, cuicengde@tom.com)
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程度( 见图 1) 。其纤维素晶体面的衍射极大峰在 2θ= 22°附近, 在 2θ=18°附近出现波谷, 为无定形区衍射强 度( 见图 1 中 a) 。通过蒸汽爆破处理( 见图 1 中 b) 部 分破坏了纤维素的氢键, 使纤维素的结晶度发生变 化, 在 22°处的衍射峰强度降低, 18°附近的波谷值相 对 增加; 湿 氧 化 处理过程中(见图 1 中 c), 除去了部分 木质素, 破坏了木质素对纤维素的包裹作用, 因此在 22°处的纤维素结晶峰强度低于蒸汽爆破衍射峰, 纤维 素的结晶区受到破坏。
表 3 不同水解方法对纤维素转化率的影响
项目 酶水解 酸水解
OD540 nm 1.227 1.759
产糖量( mg/l) 197.28 253.74
转化率( %) 64.70 72.52
a: 未处理 b: 蒸汽爆破 c: 湿氧化
强度
ห้องสมุดไป่ตู้

b c
10 15 20 25 30 35 40 2θ( °)
图 1 不同处理方法玉米秸秆的 X- ray 衍射图谱
3 结论 利用纤维素生物转化生产生态饲料和肥料是实
现纤维素高值化的研究方向。以玉米秸秆为原料, 经 蒸汽爆破和湿氧化预处理后, 对湿氧化玉米秸秆进行 酸水解和酶水解, 通过化学方法、X- 射线衍射分析及 红外光谱分析表明: 湿氧化预处理对提高纤维素转化 率更有效, 更有利于纤维素的水解; 酸水解率高于酶 水解率, 获得可发酵性糖多, 是 酶水 解 的 1.12 倍 。为 今 后 在 利 用 玉 米 秸 秆 发 酵 生 产 饲 料 蛋 白 、燃 料 酒 精 和 工业制氢等的研究中, 提供有力数据。

有机酸洗预处理对玉米秸秆热解过程的影响

有机酸洗预处理对玉米秸秆热解过程的影响
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广 东 化 工
W'%VW .gdchem .com
201 8年 第 15期 第 45卷 总 第 377期
有机酸洗 预处理对 玉米秸 秆热解过程 的影 响
黄 晶 ,崔 嘉 勇 , 高 安江 ,常 宇 , 费大 奕 ,沈 超 ,章 一 蒙
(南 京林 业 人学材 料 科学 工 程 学院 ,江 苏 南京 210037)
表 1 玉 米秸 秆 的工 业分 析和 热值
lrab.1 Industrial analysis and heat value of corn straw
1实 验
1.1 实 验 原 料 本实 验选 川 的 氍米秸 干:r来 自江苏 容 。 首先刖 烘箱将 玉 米 秸
什 105℃ _卜十燥 2小时 。将干 燥 后的 米 秸秆 进 仃粉 碎 和筛分 , 取 40~l()(】I__=j的粉 术颗 粒放 入 密封 袋 作为实 验 原料 。
以玉米 秸秆 为 原料 ,使 J}]乙酸 溶 液存 60℃ 条件下 对粉 碎 后的 玉
米 枯 秆进 行洗 涤预 处 理 ,采用 TG—FTIR对 比分 析预 处理 前的金 属 元 素含量 列 于表 2。 从表 2可 以看 出 ,酸洗 预 处理 显 著 降低 了金 属元 索 的含最 ,K 和 Na元素 的脱 除牢达 到 90%以 上, 这主 要是 为 乙峻溶 液 对金 属 元素 的溶解 、析 出 和脱除 的作 jlJl^ 总体 来说 ,酸 洗 预 处理 对玉 米秸 秆 何有 效 的脱 峡作 月】。
蔓】以玉 米 秸秆 为原 料 ,用 乙 酸溶液 对 秸秆 进行 洗 涤预处 理 ,采用 热重 分析 仪 对预 处理 前后 玉米 秸秆 进 行热 解实 验 。结 果表 明 :酸 洗 预

金属硫酸盐预处理增强小麦秸秆的酶解糖化特性

金属硫酸盐预处理增强小麦秸秆的酶解糖化特性

分其酸溶木素含量。水
用于分析样品的酸
素量。HPLC
为:
Bio-Rad
Aminex HPX-87H(300 mm&7.8 mm),柱温 55 °C ,
流动相0.05 mol/L硫酸,流速0.6mL/min,进样量
10咽,采用RID和VWD 测器。
1.5预处理液及酶解液分析
预处理液及酶解液在5 000 r/min转速下离心
(4566型,美国Parr公司)内,采 的
(质量
比)为 1:6,金属硫酸盐 K2SO4、Na2SO4、CaSO4、MgSO4、 ZnSO&和FeSOq的加入量为0.15 mol/L,其他金属硫 酸盐(Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3、KAl (SO4)$)的加 入量为 0.05 mol/L。反应釜密封,调节转子转速为150 r/min,
的,采用Fe2(SO&)3预处理后固体基质的 解 化
率高达88.3%,远高于三价盐A12(SO&)3,这与采用
Fe2(SO&)3预处理
量的
生降解有一
定的关系*此外,经预处理 分Fe3唱
合到固体基质表,这 Fe3+
著高
的 ,而 高固体基质的 解转化率问*
在固体基质的成分分析(表1)中
,固体
基质中
为,其含量 50%*这
, 有预处理液中
较 的 5-HMF 和乙酸,
乙酸,其 量
高于葡萄糖, 这 有 一 葡萄糖 生
降解转化&
表2预处理液主要成分分析
预处 理液
葡萄糖
主要成分含量/(mg-mL-1)
糖 甲酸 乙酸 5-HMF 糠醛
K2SO4
1.12

NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究的开题报告

NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究的开题报告

NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研
究的开题报告
引言:
随着人口的增加和能源需求的增大,替代传统化石能源的生物质能源逐渐成为人们关注的研究热点之一。

玉米秸秆作为一种常见的农业废弃物,具有丰富的纤维素组分,可作为生物质能源精细化利用的重要原料。

但是,纤维素的结构复杂、难以分解,生物降解技术成为纤维素资源利用的关键技术之一。

本研究旨在通过NaOH预处理玉米秸秆,提高其纤维素酶水解效果,为生物质能源的利用提供参考。

研究方法:
1.预处理方法:取一定量的玉米秸秆,采用NaOH预处理方法,控制NaOH浓度、反应温度和反应时间等因素,得到一定条件下处理后的玉米秸秆样品。

2.酶解条件:选用适当的纤维素酶,在一定的酶解条件下,对NaOH 预处理后的玉米秸秆进行水解反应。

3.结构性质分析:通过扫描电镜、红外光谱等方法分析预处理前后样品的结构性质,探究NaOH预处理对玉米秸秆纤维素的影响。

预期结果:
NaOH预处理能够有效破坏纤维素的结构,提高酶解效率。

通过分析玉米秸秆在NaOH预处理前后的结构性质,揭示预处理对纤维素酶水解效果的影响机理。

结果可为生物质能源的精细化利用提供理论基础和实验依据。

研究意义:
1.研究NaOH预处理对纤维素水解效果的影响,为优化生物质能源的生产工艺提供科学依据。

2.探究NaOH预处理对玉米秸秆结构性质的影响,为深入理解生物质水解机理提供参考。

3.提高玉米秸秆作为生物质资源利用的效率,减少传统化石能源的使用,推动可持续发展。

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果蒋轩;孙君社;刘莉;康利平【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2009(025)004【摘要】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.【总页数】5页(P185-189)【作者】蒋轩;孙君社;刘莉;康利平【作者单位】中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】S216.2【相关文献】1.稀酸和蒸汽爆破预处理玉米秸秆对琥珀酸发酵的影响 [J], 谢慧;张东;张兆昆;王石磊;毛国涛;王风芹;宋安东2.响应面法优化玉米秸秆微波辅助酸预处理条件 [J], 张博;刘庆玉;薛志平;张敏3.酸/碱预处理对两株木霉降解玉米秸秆效果的影响 [J], 张悦;季静;关春峰;金超;李倩;闫豹;王罡;王昱蓉4.不同预处理玉米秸秆对猪粪厌氧发酵重金属镉钝化效果 [J], 李轶;宫兴隆;郭敬阳;曲壮壮;张镇;易维明5.微波强化酸预处理玉米秸秆乙醇化工艺研究 [J], 刘宏志因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

利用稀硫酸处理玉米秸秆的研究毕业

利用稀硫酸处理玉米秸秆的研究毕业

利用稀硫酸处理玉米秸秆的研究毕业中文摘要为了解决能源危机与环境污染这两个重要问题,人们正在努力寻找替代化石燃料的新能源,以降低对不可再生能源的依赖。

作为农业大国,我国的秸秆等农业废弃物生物质产量丰富,但大部分都被露天焚烧处理,造成严重的资源浪费和环境污染。

秸秆的主要组成是三大天然高分子化合物,即纤维素、半纤维素、木质素;建立一种高效的组分分离,进而对其进行高附加值转化利用,是木质纤维素生物质资源开发重要方向,且具有良好的社会经济效益。

本论文以玉米秸秆主要原料,研究了木质纤维素主要组分分离的工艺。

本文分别研究了玉米秸秆的稀硫酸水解和浓硫酸水解。

国内利用稀硫酸处理玉米秸秆的研究较少,本文在固液比固定条件下,使用水热反应釜研究了玉米秸秆的稀硫酸水解,考察硫酸浓度、温度、时间对水解的影响;硫酸用50%乙醇水溶液配置,以使木质素溶解在乙醇中;对实验结果采取了单因素分析法和正交分析法,确定了实验条件范围的最优组合。

浓硫酸水解实验通过对稀硫酸溶液加热浓缩提高浓度,在室温、常压下长时间静置进行玉米秸秆的浓硫酸水解;对比浓硫酸水解实验与稀硫酸水解实验的结果,浓硫酸水解实验得到较多的粗纤维素与糖类物质,稀硫酸水解实验得到较多的木质素。

根据实验结果与参考文献,本文对稀硫酸水解这一最经济可行的方案,提出了进一步优化实验设计的建议。

关键词:玉米秸秆木质纤维素硫酸组分分离The separation of cellulose, hemicellulose and lignin in corn strawAbstractIn order to solve the two problems of energy crisis and environmental pollution,peopl-e are trying to find new energy sources to replace fossil fuels, to reduce dependence on non-renewable energy.As a large agricultural country, China's production of straw and other agricultural waste biomass is rich, but most of them are open burning treatment,causing serious waste of resources and environmental pollution.Straw is the main composition of the three natural macromolecular compounds, namely cellulose, hemicellulose, and lignin;to establish a highly efficient separation of components, and then carries on the transformation of high value-added use, is lignocellulosic biomass resource development important direction,and has good social and economic benefits.This paper studied the main raw material of corn stalk, lignocellulose is the separation of the components of the law.This paper studied the dilute sulfuric acid hydrolysis and concentrated sulfuric acid hydrolysis of corn straw.The domestic use of dilute sulphuric acid treatment of corn straw research is less, In this paper, under the condition of solid-liquid ratio fixed, using hydrothermal reaction kettle of corn stalk dilute sulphuric acid hydrolysis was studied,Investigation of sulfuric acid concentration, temperature and time on the hydrolysis effect.Sulfuric acid with 50% ethanol aqueous solution configuration, in order to make lignin dissolved in ethanol.The result of the experiment adopted the single factor analysis and orthogonal analysis, to determine the optimal combination of range of experimental conditions.Hydrolysis of concentrated sulfuric acid to dilute sulfuric acid, heating and concentrating,at room temperature, atmospheric pressure, let stand for a long time for sulfuric acid hydrolysis of corn straw.Through concentrated sulfuric acid hydrolysis with dilute sulfuric acid hydrolysis of the experimental results, it is concluded that the dilute sulfuric acid hydrolysis experiment scheme remains to be further optimized.This paper puts forward suggestions to further optimize the experimental design.Keywords:Corn straw,Lignocellulose,Sulfuric acid,Component separation目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 木质纤维素 (1)1.2.1 纤维素概述 (1)1.2.2 半纤维素概述 (3)1.2.3 木质素概述 (4)1.3木质纤维素的主要组分分离技术 (5)1.3.1蒸汽爆破发 (5)1.3.2有机溶剂法 (6)1.3.3酸处理 (6)1.3.4碱处理 (7)1.3.5离子液体法 (8)1.3.6超临界萃取处理法 (8)1.3.7小结 (9)1.4论文的研究目的和意义 (9)第2章玉米秸秆木质纤维素组分分离研究 (11)2.1材料和仪器 (11)2.1.1原料和试剂 (11)2.1.2主要实验仪器 (11)2.2主要研究内容和实验方法 (12)2.3稀硫酸水解正交实验的设计 (12)2.3.1实验流程 (12)2.3.2正交实验设计 (13)2.4稀硫酸正交实验的结果分析与讨论 (14)2.4.1硫酸浓度的影响 (14)2.4.2反应温度的影响 (15)2.4.3反应时间的影响 (15)2.4.4以纤维素质量为指标的正交分析 (15)2.4.5以半纤维素质量为指标的正交分析 (17)2.4.6以木质素质量为指标的正交分析 (18)2.4.7综合比较分析 (19)2.5浓硫酸水解实验 (20)2.5.1材料和仪器 (20)2.5.2实验方案及实验流程 (20)2.5.3实验结果及讨论分析 (21)2.6本章小结 (22)第3章结论与展望 (23)3.1结论 (23)3.2展望 (24)致谢 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1引言近年来,随着矿物燃料的日益枯竭以及煤炭资源的有限性和不可再生性,必然会导致资源供给不足,再加上使用矿物燃料带来的愈发严重的环境问题,积极寻找开发利用可再生资源已经成为迫在眉睫的事情。

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金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果
作者:蒋轩, 孙君社, 刘莉, 康利平, Jiang Xuan, Sun Junshe, Liu Li, Kang Liping 作者单位:中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京,100083
刊名:
农业工程学报
英文刊名:TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING
年,卷(期):2009,25(4)
被引用次数:1次
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本文链接:/Periodical_nygcxb200904035.aspx。

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