Insights on cellulose hydrolysis in the porous structure of biomass particles using the lattice Boltzmann method

Lignocellulose biomass has been recognized as one of the most promising sources of low-cost and renewable biofuels, and its conversion into alternative fuels and valuable platform molecules has attracted widespread attention. The porous solid residue from lignocellulose biomass, which was pretreated by steam-stripping, is catalyzed by dilute sulfuric acid to form levulinic acid (LA). The process includes porous media diffusion, multicomponent reactive transport, liquid-solid interface reaction, and cellulose dissolution. Understanding the interactions between these complex physicochemical processes is the basis for optimizing the performance of the hydrolysis reaction. In this study, a porous reaction transport model based on the lattice Boltzmann method (LBM) was established to simulate the conversion of cellulose to LA which was catalyzed by dilute acid. The simulation results were compared with the existing experimental results to verify the accuracy of the model. The simulation results showed that temperature has a significant effect on hydrolysis and the highest carbon yield was obtained at 180 °C. Without considering the lignin reaction, the higher the sulfuric acid concentration, the better is the hydrolysis efficiency in the range of 4% – 8%. The influence of cellulose content and steam-stripping the residue porosity on the dissolution rate of cellulose was also evaluated. The average dissolution rate of cellulose is the highest within 75 min, when the porosity is 0.7 and the cellulose content is 50%.     

静电喷雾工艺参数对乙基纤维素微粒形貌和粒径的影响

通过静电喷雾,将乙基纤维素(ＥＣ)溶解于二氯甲烷(ＤＣＭ)中制备成ＥＣ微粒,探索了ＥＣ质量分数、注射速度、电压为２.５％、注射速度为１.５ｍＬ/ｈ、电压为１７.５ｋＶ和接收距离为１５ｃｍ时可得到形态好、平均粒径为７.６８μｍ、分散均匀的圆片和接收距离对微粒形貌及直径的影响。通过扫描电镜观察ＥＣ微粒的形貌,并分析其粒径分布规律。结果表明:ＥＣ质量分数状ＥＣ微粒。ＥＣ质量分数过低或过高、注射速度过低或过高均可增加微粒不规则程度,增加电压可使ＥＣ微粒粒径降低,微粒粒径随着接收距离的增大而增大。     

高活性秸秆降解菌群的构建及产酶条件优化

纤维素的开发与利用在当今资源紧缺的社会下是当务之急,秸秆含有大量的纤维素,木质素.它从一个农业废弃物逐渐变为了再生资源开发的焦点.为了将秸秆资源充分利用起来,我们以牛粪,羊粪及含腐烂树叶土壤的混合物为材料,利用限制性培养技术,对其中能够降解纤维素的微生物进行驯化培养,并得到一组高效降解纤维素的菌群.利用CMC糖化力法和滤纸酶法测定该菌群的纤维素降解能力.对菌群进行菌种的分离,并进行生理生化试验分析各个菌株的特性.通过正交试验对该菌群的最佳产酶条件进行优化.得到的菌群CMCase酶活的高达80U/mL,滤纸酶活高达152U/mL.得到的最佳产酶条件为蛋白胨纤维素培养基以滤纸为碳源,pH 5.0条件下35℃静置培养.筛选性能稳定的高产秸秆降解菌群,为充分利用秸秆等农业废弃物提供了新的方向.     

采用膜生物反应器处理丁基黄药废水

为了寻找经济适用、无二次污染的选矿药剂废水的处理方法,利用膜生物反应器(MBR)技术对较高浓度的丁基黄药模拟废水(简称黄药废水)进行处理研究,分别考察外加C源投加量、水力停留时间、反应温度对MBR去除黄药和COD效果的影响,并探索黄药的生物降解途径.结果表明,最佳的试验条件为外加C源无水乙酸钠的投加质量浓度为0.5 g/L、水力停留时间24 h、反应温度30℃.MBR运行至稳定状态后,出水COD和黄药的去除率分别大于94.0％和99.7％,出水COD的平均质量浓度为91.89 mg/L;出水的黄药质量浓度介于1.048～2.101mg/L之间,达到较好的处理效果.研究结果为浮选药剂废水的生物净化处理提供了理论依据.     

神经网络和遗传算法优化细菌纤维素培养参数

以果葡糖浆和玉米浆为主要原料,依次通过Plackett-Burman设计、均匀设计、人工神经网络和遗传算法,纤维素产生菌G-29静态培养下的最优条件是:果葡糖浆40g/L,玉米浆23.88g/L,(NH4)2SO43g/L,Na2HPO4·12H2O 4.66g/L,柠檬酸1g/L,醋酸0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,FeSO4·7H2O 0.4g/L,CaCl20.015g/L,ZnSO4·7H2O0.004g/L,乙醇2%(v/v),接种量10%(v/v),种龄2d,初始pH 5.82,培养时间5.94d,培养温度30℃.     

改性纤维素材料的细胞相容性评价

根据细胞相容性评价的试验方法,对自制的一种改性纤维素医用材料进行了细胞相容性评价. 采用细胞生长抑制法(MTT比色法)测定了改性纤维素材料对L-929小鼠细胞的细胞毒性. 结果表明改性纤维素材料对L-929细胞无明显毒性作用,毒性评价为0级或1级;采用间接接触法测定了改性纤维素材料对血液的体外溶血试验,结果表明改型纤维素材料对血液的溶血率为1.5%,小于国家规定的5%,属于无溶血反应.     

木屑对烧结页岩多孔砖研究

以页岩为原料,通过添加的不同木屑掺量(0%、10%、15%、20%)和不同的木屑颗粒级配(1.5~2.0 mm,1.0~1.5mm,0.5~1.0 mm和0.120~0.5 mm),烧结制成轻质烧结页岩砖;研究轻质烧结页岩砖的体积密度、导热系数和抗压性能。结果表明,当颗粒级配为0.5~0.12 mm,木屑掺量不大于10%,满足烧结普通页岩砖的基本要求。进一步研究了不同颗粒级配混合后对抗压强度的影响,为烧结制成轻质烧结页岩砖提供依据。     

酶法活化葡萄皮渣膳食纤维工艺的研究

本文以葡萄酒厂的副产物-葡萄皮渣为原料,采用纤维素酶法活化其中的膳食纤维,提高了葡萄皮渣中可溶性膳食纤维的含量。经单因素和正交实验,得到纤维素酶活化葡萄皮渣DF的最佳反应条件为：pH值5．0,稀释酶液12．5mL（5U／mL）,温度40℃,反应时间1h。此时,SDF得率为19．26％。产品SDF含量95．41％,可作为功能性食品基料。     

纤维素基混凝土高效减水剂制备与应用研究

采用1,4-丁基磺酸内酯(BS)、NaOH与纤维素反应,制备丁基磺酸纤维素(SBC),探讨反应条件对产物性能的影响,并且测试了该产物应用性能.FT-IR谱图证实了产物的结构,SEM分析表明掺加SBC的水泥硬化浆体结构更加密实.实验结果表明,n(NaOH):n(AGU): n(BS)=2.5,1:1.7,反应时间4.5 h,反应温度75℃,可得到具有减水分散功能的SBC;SBC掺量为1%时,水泥净浆流动度显著提高.且流动度在120 min内只损失4%;相同掺量下SBC砂浆减水率为16.5%;SBC对水泥水化有一定缓凝作用.混凝土抗压实验结果表明,SBC能在保持相同工作性的条件下起到减水增强作用.因此,SBC有望成为具有实际应用价值的混凝土高效减水剂.     

降解结晶纤维素极耐热葡聚糖酶重组菌的构建

极耐热纤维素酶在纤维素生物转化中具有潜在的开发前景,但极耐热酶缺乏对天然纤维素的分解能力。采用基因工程方法,将极耐热内切葡聚糖酶Cel12B基因和同样极端嗜热菌来源的纤维素结合域(CBD)区域融合,构建重组质粒pET-20b-Cel12B-CBD,转化至大肠杆菌JM109(DE3)诱导表达后,融合基因表达产物对结晶纤维素具有一定的分解能力。