甘蔗渣制备低聚木糖的工艺优化

甘蔗渣是一种常见的农业废弃物，对甘蔗渣制备低聚木糖的工艺进行优化，可为其高值化利用提供理论依据。本研究以甘蔗渣为原料，采用低浓度碱脱木质素-低强度酸水解-木聚糖酶酶解的工艺来制备低聚木糖，分别研究了碱处理浓度、碱处理温度和碱处理时间对木质素脱除率、木聚糖保留率的影响以及酸处理浓度、酸处理温度、酸处理时间对低聚木糖和木糖产率的影响，最后通过单因素试验结合响应面法对木聚糖酶酶解工艺进行优化。结果表明，低浓度碱脱木质素的处理参数为KOH溶液浓度0.3 mol/L、碱处理温度110℃和碱处理时间1.5 h,在此条件下木质素脱除率和木聚糖保留率分别达到57.8%和87.4%;低强度酸水解的处理参数为H₂SO₄溶液浓度0.1 mol/L、酸处理温度80℃和酸处理时间1 h,在此条件下的最优酶解工艺为酶用量22 U/g碱处理甘蔗渣(Alkali treated Sugarcane Bagasse, ASB)、酶解温度40.5℃、酶解时间4.3 h,得到的低聚木糖产量为12.66 g/L。本研究为甘蔗渣的高值化利用以及更好地制备低聚木糖提供了新思路和理论依据...     

机械活化玉米淀粉制备磷酸酯淀粉及其结构表征

利用自制的搅拌球磨机将普通玉米淀粉进行机械活化预处理,正磷酸盐为酯化剂,尿素为催化剂,干法制备淀粉磷酸酯.探讨了活化时间、磷酸盐用量、pH值、反应温度、反应时间和尿素用量对取代度(DS)和反应效率(RE)的影响,确定了最佳反应条件:活化时间1.5 h,磷酸盐用量12%,pH5.0,反应温度150℃,反应时间2 h,尿素用量3%,并对机械活化淀粉结构进行表征.研究结果表明:机械活化破坏了淀粉的结晶结构,有效地提高淀粉的化学反应活性,使合成的磷酸酯淀粉的DS和RE显著提高.     

玉米秸秆还原浸出高铁低品位锰矿研究

采用"玉米秸秆硫酸预处理—浸出"工艺处理含Mn 9.63%(质量分数)的朝阳锰矿.通过试验考察用硫酸对玉米秸秆进行预处理的时间、秸秆用量、温度、硫酸浓度和浸出温度对锰浸出率的影响.试验表明,在秸秆用量2.5 g、时间10 min、硫酸浓度1.2 mol/L、温度80℃时预处理秸秆,浸出温度为90℃的条件下,锰的浸出率达92%,杂质铁溶出率仅为20%.玉米秸秆处理前后FTIR分析结果表明,对秸秆进行硫酸预处理能够破坏难降解的木质素结构,有利于提高锰的浸出效果.     

绿液预处理过程中杨木木质素结构的变化

以绿液(Na₂S和Na₂CO₃)对杨木进行预处理,研究了预处理条件对木质素脱除的影响,并用碱性硝基苯氧化表征预处理后木质素化学结构特征的变化。结果表明:杨木原料木质素的碱性硝基苯氧化产物的总得率为2.61 mmol/g,其木质素非缩合部分紫丁香基结构的硝基苯氧化降解产物与愈疮木基摩尔比n(S+SA)/n(V+VA)为2.0; 随着预处理H-因子的升高和用碱量的增加,杨木浆料的木质素脱除率上升,n(S+SA)/n(V+VA)下降; 杨木浆料残余木质素的缩合程度随着木质素脱除率的增加而增大,且紫丁香基丙烷结构比愈疮木基丙烷结构在绿液预处理过程中更容易断裂。     

绿液预处理对毛竹化学成分及酶水解糖化的影响

毛竹是重要的木质纤维素类能源作物之一,为提高毛竹的酶水解糖化效率,研究了不同总用碱量(TTA)和温度下,绿液(碳酸钠+硫化钠)预处理对毛竹的化学成分及酶水解的影响。结果表明:随着预处理用碱量增加和温度的提高,木质素的脱除率上升,但同时也加剧了碳水化合物的降解。预处理后的浆料用CellicCTec2复合酶进行酶水解,结果表明随着预处理用碱量和温度的提高,各聚糖得率均有所上升。优化得到绿液预处理毛竹最优条件为:最高温度160℃,用碱量16%,硫化度25%。此条件下的浆料得率为68.3%,脱木质素率为44.6%。所得浆料在纤维素酶用量40μmol/(min·g)下酶水解后,葡聚糖、木聚糖和总糖得率分别为64.9%、48.0%和58.1%。     

绿液预处理对毛竹化学成分及酶水解糖化的影响

毛竹是重要的木质纤维素类能源作物之一,为提高毛竹的酶水解糖化效率,研究了不同总用碱量(TTA)和温度下,绿液(碳酸钠+硫化钠)预处理对毛竹的化学成分及酶水解的影响。结果表明:随着预处理用碱量增加和温度的提高,木质素的脱除率上升,但同时也加剧了碳水化合物的降解。预处理后的浆料用CellicCTec2复合酶进行酶水解,结果表明随着预处理用碱量和温度的提高,各聚糖得率均有所上升。优化得到绿液预处理毛竹最优条件为:最高温度160℃,用碱量16%,硫化度25%。此条件下的浆料得率为68.3%,脱木质素率为44.6%。所得浆料在纤维素酶用量40μmol/(min·g)下酶水解后,葡聚糖、木聚糖和总糖得率分别为64.9%、48.0%和58.1%。     

玉米芯水热预处理对纤维素结构的影响

针对预处理成本高、会产生二次污染、后续提纯除杂步骤复杂等问题,在水热预处理条件下添加干冰作为辅助介质,研究了操作条件(温度、处理时间和干冰添加量)对玉米芯中纤维素的解聚行为以及木质素脱除率的影响关系,并采用傅里叶转换红外线光谱分析仪(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)进行分析,得到了纤维素结构在预处理过程中的变化规律,对优化预处理工艺有重要的理论指导意义.研究结果表明:当温度超过160?C时纤维素无定型区域的链结构开始断裂;当温度升高到180?C时纤维素聚合度(degree of polymerization,DP)急剧下降,同时木质素去除率达到最高(31.6%).FTIR分析结果表明:与预处理前相比,预处理后纤维素中的C—O—C吸收峰减弱,说明纤维素的糖苷键被破坏,纤维素链发生了断裂.XRD分析结果表明:在预处理过程中玉米芯中纤维素的结晶度增大,说明在预处理过程中纤维素的无定型部分被脱除,同时部分纤维素Ⅰ转化为纤维素Ⅱ.     

双螺杆挤压耦合碱预处理对芦苇酶解效果的影响

为了提高芦苇中木质纤维素的利用率,减少预处理过程中的能耗、水耗及废水,对双螺杆挤压耦合碱预处理芦苇的工艺条件及酶解效果进行了研究。首先,考察双螺杆螺纹元件、螺杆转速、碱用量、处理温度和保温时间对芦苇酶解效果的影响,对比不同预处理前后芦苇纤维结构和化学组成的变化;其次,通过对预处理后芦苇的逆流洗涤工艺进行优化,分析芦苇的化学组分和酶解得率;最后,采用扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪对预处理前后芦苇的纤维结构进行表征。结果表明：采用双螺杆挤压在KOH用量为4%（质量分数）、温度为90 ℃、保温2 h、逆流洗涤用水量的固液比（m/v）为1∶8的条件下,能够有效破坏芦苇纤维结构,脱除表面蜡质,木质素脱除率达到72%,预处理后芦苇在较低纤维素酶用量（10 FPU/g底物）下,水解48 h后总糖得率达到0.45 g/g（干芦苇）。因此,双螺杆挤压耦合碱预处理可以提高芦苇酶解转化利用率,工艺过程能耗低、水耗低、无废水排放,为芦苇原料化利用提供了一种低成本、绿色可行的技术方案。     

伊利石活化钾及其机理的探讨

利用添加助剂和热活化相结合的方法，进行了对河南鲁山伊利石的钾活化实验；通过正交实验，研究了使用两种不同添加剂时温度、添加剂的浓度、陈化时间、添加剂的用量和保温时间对活化效果的影响，确定了两种添加剂的最佳活化工艺条件，获得了较高的钾的活化率。通过对原样和活化样品进行粉晶X射线分析、红外光谱分析和差热分析，研究了伊利石的释钾机理，认为伊利石的活化释钾过程是其结构发生局部变化和调整的过程。伊利石的结构变化和调整包括吸附水的脱除、部分八面体羟基的脱除和主要化学键振动频率的降低。证实了前人提出的伊利石钾的释放主要与结构八面体羟基的脱除有关的论点，同时指出伊利石主要化学键振动频率的降低对释钾可能存在影响。     

稻麦草氨法制浆工艺研究

研究了在氨水中添加少量钾碱作为蒸煮剂的稳麦草制浆新工艺，讨论了蒸煮剂的用量和配比，液固比，蒸煮最高温度，升温时间和保温时间对蒸煮效果的影响，继而确定了适宜的工艺条件，结果表明，该蒸煮体系对稻，麦草木素的脱除率达到85%。纸浆得率为稻草38.12%(细浆得率）和麦草49.65%(粗浆得率）。通过红外光谱（IR）测定了稻草蒸煮过程中木质素的结构变化。     

新型深度共熔溶剂选择性分离木质素的研究

近年来,以胆碱类为代表的生物基离子液体作为木质素的优良溶剂逐渐受到广泛关注.文中基于Hansen溶解理论,设计出一种分别以乳酸(LA)和氯化胆碱(Ch Cl)为氢键供受体的新型离子液体——深度共熔溶剂(DES)作为木质素分离的溶剂.通过实验考察了常压下Ch Cl/LA摩尔比、温度、时间对木质素溶解效果的影响,确定了最佳工艺条件为Ch Cl/LA摩尔比1∶9、温度90℃、时间12h,此时木质素的溶解率达90.1%,再生木质素纯度为96.3%.紫外可见光谱(UV)及红外光谱(FT-IR)分析表明木粉中木质素经DES处理后被大量脱除;X射线衍射分析表明经预处理后的木粉中纤维素结构基本未被破坏;核磁共振谱(13C NMR)分析表明再生木质素由紫丁香基、愈创木基及少量对羟苯基结构单元组成;离子色谱分析结果表明该混合溶液中的综纤维素只有少量发生溶解.     

木质纤维原料各组分温和液化行为

为开发可再生资源和缓解能源危机,研究了木质纤维原料的常压温和液化过程。在浓硫酸催化下,将甘蔗渣、甘蔗渣综纤维和甘蔗渣纤维素在乙二醇中130~190℃液化。对不同液化条件下残渣率、产物质量分布和红外谱图的分析。结果表明:在较低温度下,纤维素不易液化,半纤维素和木质素易液化;在较高温度下,纤维素可有效液化,木质素和半纤维素易发生再聚合形成不溶残渣;先较低温度再较高温度两步液化可有效降低残渣率。纤维素和半纤维素液化产物主要分布在水相;木质素产物主要分布在丙酮相;残渣同时来自三种组分。     

竹生物质水热预处理的工艺优化及其对竹浆水解氯代的影响

系统研究了温度、时间及固液比对竹生物质水热预处理脱半纤维素的影响，并通过高效液相色谱仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射方法详细分析了所得水解液成分和剩余固体物料的理化性质变化.在此基础上进一步研究了水热预处理条件对竹浆水解氯代制备新型生物质基平台分子5-氯甲基糠醛(CMF)的影响.研究结果表明：在150～170℃、2～4 h预处理条件下，竹粉质量损失率达10%～40%;在160℃和4 h预处理条件下，木糖和低聚木糖(XOS)总产率达到最大值.在放大的水热预处理实验中，以3 cm长竹块为原料也能实现类似的半纤维素脱除效果.脱除半纤维素后的竹块经过亚硫酸氢钠蒸煮脱木质素后能形成竹浆，且预处理显著破坏了竹生物质原本致密的物理结构，因此所得竹浆具有较为优异的水解氯代性能，CMF产率可达42.06%～52.61%.     

碳酸钠预处理对麦草酶水解及木质素结构的影响

麦草原料茎秆和叶子的形态构造与化学组成的差异影响其碳水化合物的酶水解转化效率。研究比较了碳酸钠预处理对麦草茎秆和叶子的组分构成及酶水解转化效率的影响,并用化学降解方法分析了预处理后茎秆和叶子木质素结构变化。结果表明:麦草叶子在碳酸钠预处理下具有较好的脱木质素选择性,叶子经以原料绝干重为基准的碳酸钠(质量分数8%)、温度140℃预处理,在10μmol/(min·g)酶用量下的总糖转化率比茎秆高29%。碱性硝基苯氧化和臭氧降降解研究表明,叶子与茎秆木质素存在显著的结构差异,其紫丁香基结构单元和β-O-4连接键含量均较低。碳酸钠预处理后,叶子木质素的碱性硝基苯氧化和臭氧解产物得率的降幅高于茎秆木质素,表明叶子在预处理过程中有更多的β-O-4键发生断裂。由此可以推断,碳酸钠预处理麦草茎秆和叶子的酶水解转化效率与其木质素结构差异存在一定关系,木质素含量及结构是影响木质纤维原料酶水解的重要因素之一。     

机械活化甘蔗渣的结构与表征

采用自制的搅拌球磨机对甘蔗渣进行机械活化, 用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、红外光谱仪等考察了机械活化对甘蔗渣表观形貌、结晶结构、分子基团的影响及变化规律. 结果表明, 机械活化使甘蔗渣颗粒明显细化, 甘蔗渣纤维晶体结构受到破坏、晶粒尺寸减小、结晶度降低, 但活化过程中并没有新的基团产生, 晶体类型保持纤维素Ⅰ型.     

磷酸法木质素基活性炭活化过程研究

以玉米芯木质素为原料,采用磷酸活化法制备木质素基活性炭.结合FTIR、低温氮吸附、拉曼光谱等表征手段,探究了不同活化温度(300～600℃)及磷酸与木质素质量比(1～3)对活性炭孔隙结构的影响,并探究磷酸活化木质素的反应机理.对比研究了有无磷酸作用下木质素受热过程中气体产物的变化规律.实验结果表明,磷酸降低了木质素中官能团的断键温度,使得CO、CO_2和CH_4的生成温度降低;促进了高温下(500℃)木质素半焦的缩聚,使高温下H_2生成量增多;中孔和微孔在350℃以上开始发展,在500℃孔隙最为发达,温度的进一步升高使得孔体积减小;磷酸与木质素质量比增大可以提高中孔率.在活化温度500℃和磷酸与木质素质量比2～3条件下,制得活性炭比表面积达1 046 m~2/g,收率55%.     

甘蔗渣乙醇化预处理方法比较

用稀硫酸、氢氧化钠及超声波辅助碱法对甘蔗渣进行乙醇化预处理,研究酸、碱的质量分数、温度、时间、质量浓度对甘蔗渣预处理的影响.在硫酸质量分数为0.8%、质量浓度为1∶25（g/mL）、温度为135 ℃ 的条件下反应4 min,经酶水解后糖质量分数为17.81%（g/g）;在氢氧化钠质量分数为9%、质量浓度为1∶8（g/mL）、温度为40 ℃的条件下反应15 min,经酶水解后糖质量分数为14.50%（g/g）;超声波能够强化甘蔗渣碱预处理,处理液经酶水解后的糖质量分数达18.65%（g/g）.     

木质素在超临界甲醇中催化液化的条件优化研究

研究了在超临界甲醇条件下催化剂用量、料液比、反应时间和反应温度对木质素液化的影响.采用4因素2水平(2~4)全析因设计研究各单因素两两交互作用对木质素液化率的影响.单因素实验结果表明,催化剂用量与木质素质量之比为16.7%时木质素的液化率最高,反应时间和反应温度的增加都会促进木质素的液化,但料液比的增加会降低木质素的液化率.2~4全析因设计表明只有反应温度、反应时间和料液比3个影响因子之间有交互作用.对木质素液化转化率的影响因素:反应温度(A)反应时间(B)料液比(D)与反应时间的交互作用催化剂用量(C)反应时间和催化剂用量交互作用反应温度和催化剂用量交互作用催化剂用量和料液比的交互作用反应温度和料液比的交互作用.其中反应温度对木质素转化率的贡献率最大,高达85%左右.利用Design-Expert V8.0.6软件得到了超临界甲醇中木质素催化液化的拟合公式:转化率=61.53+8.17A+1.92B-0.99C+3.125×10~(-3)D+0.23AB-0.71AC-0.53AD-0.76BC+1.06BD-0.60CD.     

三水铝石矿机械活化性能及其动力学

分析了机械活化作用下铝土矿的溶出特点,考察了溶出温度、溶出时间及机械活化转速等对铝土矿直接溶出与机械活化溶出性能效果的影响,并探讨了该过程控制步骤的转化规律.研究结果表明:机械活化作用可有效降低三水铝石型铝土矿的溶出温度及溶出时间,放宽给矿粒度,在装球量为30%,钢弹转速为100 r/min,料球质量比为1.2∶1,溶出温度为150℃,溶出时间为40 min的条件下,矿物中氧化铝的实际溶出率可达85%以上;机械活化作用可大幅度降低扩散控制对三水铝石矿溶出过程的影响.     

混合碱法甘蔗渣基活性炭的制备工艺研究

采用正交试验方法研究影响混合碱法制备甘蔗渣基活性炭性能的4种工艺因素：活化剂配比、料液比、活化温度及活化时间。结果表明,影响甘蔗渣活性炭吸附性能的工艺因素的强弱秩序为：活化时间、活化温度、活化剂配比、料液比;样品的亚甲基蓝吸附值随着活化温度的升高或活化时间的延长而呈先增后降的变化规律。其最佳工艺为：活化剂配比（KOH：NaOH）7．4：1、料液比1．18：1、浸渍时间24h、活化温度923K、活化时间0．42h。经优化工艺制得的甘蔗渣基活性炭样品的亚甲基蓝吸附值为12．7ml／0．1g,为活性炭国家标准（GB／T13803．4—1999）中一级品的1．4倍。