楊樹(shù)轉化燃料乙醇的H2SO4預處理效果研究

第21卷第3期甘肅科學(xué)學(xué)報2009年9月Journal of Gansu Sciencessep.2009楊樹(shù)轉化燃料乙醇的H2SO4預處理效果研究陶玲,任珺,何寶珍,喬國棟〔蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,蘭州交通大學(xué)環(huán)境生態(tài)研究所,甘肅蘭州730070)摘要:采用H2SO、對不同種楊樹(shù)進(jìn)行預處理,探討經(jīng)過(guò)處理后不同品種楊樹(shù)的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等木質(zhì)特征的含量變化情況.結果表明,木質(zhì)纖維纛原料預處理是木質(zhì)纖維素轉化過(guò)程中重要的一個(gè)環(huán)節,H2SO4處理后的楊樹(shù)木屑樣品中的纖維素含量明顯增加,半纖維素含量則減少可以縮短微生物轉化的時(shí)間,減少纖維素酶的用量并提高乙醇的產(chǎn)率關(guān)鍵詞:預處理;楊樹(shù);木質(zhì)特征;燃料乙醇中圖分類(lèi)號:TQ351.01+1文獻標志碼:A文章編號:10040366(2009)03-005704Effect of H, so, Pretreatment on Wood Characteristics ofPoplar Used in Transformation of Fuel EthanolTAO Ling, REN Jun, HE Bao-zhen, QIAO Guo-dong(School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)Abstract: The content changes in cellulose, hemicellulose and lignin of five differentwere studied after H, SO. pretreatment. Results showed that after H2 SO pretreatment ofwood sam-ples, the cellulose content increased significantly, but lignin content reduced. The pretreatment of lignocel-lulosic material is an important aspect of lignocellulosic transforming process; it can shorten the time of mi-cro-organism conversion, reduce the amount of cellulase and improve the yield of ethanol.Key words: pretreatment; poplar; characteristics of wood; fuel ethanol我國石化資源貯量有限但能源需求量巨大,為75%.據文獻報道,每年地球上由光合作用生成的維持經(jīng)濟、資源、環(huán)境的協(xié)調可持續發(fā)展開(kāi)發(fā)利用植物體總量達18×10kg,其中40%是纖維素生物質(zhì)能源對我國具有重要的戰略意義,2.燃料纖維素類(lèi)資源具有來(lái)源豐富、品種多、再生時(shí)間短等乙醇也稱(chēng)生物燃料、燃料酒精,是生物質(zhì)能源的一優(yōu)點(diǎn)0,我國的纖維素原料非常豐富,其中玉米秸種,具有無(wú)污染,可再生,易于普及推廣使用安全等(35%)小麥秸(21%)和稻草(19%)是我國的3大優(yōu)點(diǎn)4,乙醇混合燃料不但可以減少汽油的用量,秸稈,林業(yè)副產(chǎn)品、城市垃圾和工業(yè)廢物數量也很可還可以減少溫室氣體的排放,燃料乙醇以淀粉質(zhì)、觀(guān)m.因此,以纖維素降解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇具有巨大糖質(zhì)、纖維素為原料,其燃燒所釋放的二氧化碳量等的潛力于通過(guò)光合作用和酒精發(fā)酵所固化的二氧化碳纖維素是一種以很多的葡萄糖單體以β1,4糖量.我國的燃料乙醇生產(chǎn)已形成規模,主要是以玉苷鍵連接的直鏈多糖,多個(gè)分子平行緊密排列成絲米為原料,同時(shí)正在積極開(kāi)發(fā)甜高粱、薯類(lèi)秸稈等狀不溶性微小纖維,其基本組成單位是纖維二糖,是其他原料生產(chǎn)乙醇,目前產(chǎn)量居世界第三t多組分物料纖堆耋在歡溫下不會(huì )發(fā)生水解作纖維質(zhì)原料的主要有機成分包括纖維素、半纖用,中國煤化工響很小.為了維素和木質(zhì)素3部分,約占生物質(zhì)干重的70%~提高CNMHG纖維素原料進(jìn)行收稿日期:20090105基金項目:蘭州交通大學(xué)“青藍”人才工程基金58甘肅科學(xué)學(xué)報009年第3期預處理,其目的是降低纖維素的聚合度、結晶度,破的木屑后,用去離子水沖洗,調整pH值至中性后所壞木質(zhì)素、半纖維素的結合層脫去木質(zhì)素,增加有得即為處理的實(shí)驗樣品21效比表面積11.目前,用于植物木質(zhì)纖維素原料12纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的測定預處理的方法包括物理化學(xué)方法、液氨冷凍爆破法、將1g樣品放入250mL干凈錐形瓶中,加入超臨界CO2法和微波處理等6-21.稀酸預處理的25mL硝酸一乙醇混合液,沸水浴加熱1h后移去冷基本原理是利用植物纖維中各組分對酸的穩定性不凝器,取下錐形瓶靜置用G2玻沙漏斗濾出液體后用同而達到除去雜質(zhì)的目的.人們對稀酸預處理研究真空將濾器中濾液吸干,用此方法反復多次,直到試的比較多2-2)樣成白色.最后將錐形瓶中試樣全部移入濾器,用10楊樹(shù)是一種速生、適應性強、分布廣、品種多的mL硝酸一乙醇混合液洗滌,再用熱水洗滌用甲基橙樹(shù)種,中國的楊樹(shù)資源非常豐富,天然林面積約3×試之不呈酸性為止,最后用乙醇洗滌2次吸干洗液10hm2,天然種有53種之多20.我們就經(jīng)H2SO4在105±3℃烘干至恒重計算得纖維素的含量)預處理不同種楊樹(shù)后纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量稱(chēng)取已粉碎試樣20g置于100mL的燒杯中,加等木質(zhì)特性的影響做了初步探討,采用預處理綜合2%的硫酸水解煮沸2~3h后,冷卻后用已稱(chēng)重的化法即機械粉碎法和酸處理法對5種不同品種的楊砂芯漏斗抽濾,然后把砂芯漏斗和殘渣放在干燥器中素等木質(zhì)特征預處理前后的變化,為后續的纖維素素=1-(W-砂芯漏斗質(zhì)量)/絕干試樣質(zhì)量”象樹(shù)進(jìn)行預處理然后比較其纖維素、半纖維素、木質(zhì)干燥取出稱(chēng)重W.半纖維素的含量計算公式:半纖維原料制取燃料乙醇提供參考稱(chēng)取0.5g(W1)樣品放人研缽中,加入72%硫1實(shí)驗部分酸20mL,用研磨棒攪拌至無(wú)塊狀,室溫靜置4h,將該混合液移至1000mL的三角瓶中,加入蒸餾水1.1材料與方法765mL,在電爐上回流煮沸4h后,用已恒重(W2)實(shí)驗材料選用河北楊( Ponulus hopeiensis);新疆的砂芯坩堝(規格G4)抽除過(guò)濾,再將盛有木質(zhì)素的楊 Populus bolleana);銀白楊( Populus alba);箭桿楊坩堝放在烘箱中105℃烘至恒重,取出稱(chēng)重(W)( Populus nigrae)和大葉楊( Populus lasiocarpa)的幼木質(zhì)素含量%=[W:-W2)/W1]×100苗,樹(shù)苗采自蘭州市紅古區水車(chē)灣種苗繁育中心1.3數據統計分析先將楊樹(shù)枝條用電鋸截成小段分類(lèi)做好標記裝采用 Statistica6.0統計軟件對實(shí)驗的數據利用人培養皿中然后放入烘箱,并調整溫度到(45±3)℃,單因素方差分析(ANOA)對5種楊樹(shù)的纖維素稱(chēng)重后放到烘箱中干燥48h,然后放到干燥器中,自半纖維素和木質(zhì)素及處理后的纖維素、半纖維素和然冷卻到室溫,最后將木頭放入電動(dòng)粉碎機進(jìn)行機器木質(zhì)素之間的差異性進(jìn)行顯著(zhù)性分析,并且利用最粉碎處理,同時(shí)釆用篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾處理小顯著(zhù)性差異(LSD)多重比較方法,對5種楊樹(shù)預在固液比為1:30,常壓下煮沸1h,采用質(zhì)量處理前后的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的兩兩之間分數為1%的H2SO溶液分別處理上述5種樹(shù)種的差異性進(jìn)行比較分析(見(jiàn)圖1)中國煤化工半纖維素木質(zhì)素CNMHG圖1楊樹(shù)硫酸預處理前后纖維素、豐纖維素和木質(zhì)素的含量口河北楊四新楊曰銀白楊m箭桿楊■大葉楊第21卷陶玲等:楊樹(shù)轉化燃料乙醇的H2SO4預處理效果研究2結果與分析質(zhì)素含量高于河北楊銀白楊、大葉楊的木質(zhì)素含量預處理后河北楊、新疆楊、銀白楊、箭桿楊、大葉2.1預處理對楊樹(shù)木質(zhì)特征的影響楊5種楊樹(shù)的纖維素含量不存在顯著(zhù)性的差異,河預處理前河北楊、新疆楊銀白楊、箭桿楊、大葉北楊、銀白楊、箭桿楊的纖維素含量不存在顯著(zhù)性的楊5種楊樹(shù)的纖維素含量、半纖維素含量不存在顯差異著(zhù)性的差異.預處理后河北楊新疆楊銀白楊、箭桿預處理后5種楊樹(shù)的纖維素含量明顯高于預處楊、大葉楊等5種楊樹(shù)的半纖維素含量、木質(zhì)素含量理前的纖維素含量;半纖維素含量、木質(zhì)素含量低于不存在顯著(zhù)性的差異預處理前的半纖維素含量、木質(zhì)素含量預處理前新疆楊的木質(zhì)素含量與河北楊、銀白2.2楊樹(shù)木質(zhì)特征預處理的效果研究楊、箭桿楊、大葉楊相比表現出顯著(zhù)性的差異(F利用單因素方差分析硫酸處理前后的5種楊樹(shù)8.4118,p=0.0031).預處理前新疆楊箭桿楊的木的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量的差異(見(jiàn)表1)衰1楊樹(shù)預處理前后纖維素、半纖維章、木質(zhì)含量的方差分析纖維素半纖維素木質(zhì)素處理前處理后處理前處理后處理前處理后F值含量/%含量/%含量/%合量/%含景/%含囊/%河北楊45.292.910.6177疆楊41.6128.310··25.1430.2621.3021.170028.15.250·0.3796桿楊43.4153.2826.2216.3422.110··27.3323.401.8230大葉楊0.5290注:·表明方差分析結果為一般顯著(zhù)性差異(0.01