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    纖維乙醇預(yù)處理工藝篩選*

    2011-10-26 07:53:38河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程遠(yuǎn)超王林風(fēng)宋付耀
    河南科技 2011年18期
    關(guān)鍵詞:底物轉(zhuǎn)化率纖維素

    河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 程遠(yuǎn)超 王林風(fēng) 宋付耀

    纖維乙醇預(yù)處理工藝篩選*

    河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 程遠(yuǎn)超 王林風(fēng) 宋付耀

    當(dāng)前,環(huán)境與發(fā)展問題受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注,石油資源的日益短缺以及油品燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染已成為許多國(guó)家調(diào)整能源政策的出發(fā)點(diǎn),燃料乙醇是當(dāng)前可行性最高的液體燃料替代方案 。纖維質(zhì)燃料乙醇是目前世界各國(guó)研究開發(fā)的主要方向,但是在其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中還存在很多問題,尤其是預(yù)處理工藝,對(duì)纖維乙醇的綜合成本及環(huán)境效益有著巨大的影響,本文,筆者通過對(duì)幾種常見預(yù)處理工藝進(jìn)行研究、分析,篩選出了適合工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)處理工藝。

    一、材料與預(yù)處理方法

    1. 材料。原料:南陽本地產(chǎn)干龍須草。酶:湖南尤特爾生化有限公司提供。菌種:安琪高活性釀酒干酵母。

    2. 方法。預(yù)處理:稀酸法,將龍須草粉碎成0.5cm以下碎屑,在稀硫酸溶液中煮沸一定時(shí)間;堿法,將龍須草粉碎成0.1cm以下碎屑,在氫氧化鈉和硫化鈉溶液中蒸煮一定時(shí)間;汽爆法,將龍須草切成10cm以下,投入耐壓罐中通蒸氣至一定壓力,保壓一定時(shí)間,在短時(shí)間內(nèi)噴出;生物法,將龍須草切成20cm以下,加自來水拌至水分60~70wt%,用塑料薄膜覆蓋,曬3天,加入腐生菌種拌勻,用塑料薄膜覆蓋,曬1~2周。酶解發(fā)酵:高濃度補(bǔ)料酶解,時(shí)長(zhǎng)60h;間歇攪拌厭氧發(fā)酵,時(shí)長(zhǎng)72h。

    二、結(jié)果討論

    纖維素的預(yù)處理有物理、化學(xué)和生物法三種方法。適用的預(yù)處理方法必須達(dá)到以下要求:處理后物料的酶解轉(zhuǎn)化率較高;纖維素和半纖維素的損失較少;產(chǎn)生的酶解發(fā)酵抑制物較少;對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響小并且可控制;成本低。目前研究較多的預(yù)處理方法有稀酸法、堿法、蒸汽爆破法和生物法。

    將龍須草分別采用上述四種方法進(jìn)行處理,然后將處理后物料分別進(jìn)行從50L到20m3機(jī)械攪拌罐的酶解、發(fā)酵系列試驗(yàn),考察了處理后物料的工藝參數(shù)及對(duì)環(huán)境的影響因素,見圖1及表1、表2、表3。

    圖1 不同預(yù)處理方法最佳酶解發(fā)酵結(jié)果

    表1 預(yù)處理前后物料主要成分對(duì)比

    表2 不同預(yù)處理方法條件及原料—乙醇轉(zhuǎn)化率

    稀酸法處理可以降解半纖維素,得到木糖溶液和可酶解物料、但是對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求較高,投入成本較高;木糖溶液中木糖含量低,有害物質(zhì)較多;殘留木質(zhì)素較多并與纖維素結(jié)合在一起,底物的酶解效率低,糖、酒濃較低。

    堿法處理可以脫除部分木質(zhì)素并保留大部分半纖維素,使纖維素潤(rùn)漲,有利于酶與底物的結(jié)合,且底物的酶解轉(zhuǎn)化率較高,可以得到較高的糖度和酒度,但是產(chǎn)生的污水量太大,處理費(fèi)用偏高。

    汽爆法處理耗費(fèi)時(shí)間短,產(chǎn)率高,底物酶解轉(zhuǎn)化率較高,對(duì)環(huán)境負(fù)面影響較小,但是物料中半纖維素大部分降解,產(chǎn)生大量抑制物。

    生物法預(yù)處理?xiàng)l件溫和,底物的轉(zhuǎn)化率較高,對(duì)環(huán)境負(fù)面影響小,但處理時(shí)間長(zhǎng),占用空間大,對(duì)無菌程度、溫度、濕度和供氧要求苛刻。

    三、結(jié)論

    優(yōu)化后的蒸汽爆破預(yù)處理具有以下特點(diǎn): 原料纖維素結(jié)晶度和聚合度下降;半纖維素降解成單糖和寡糖;纖維素—半纖維素—木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)被破壞,有利于處理原料與酶的結(jié)合 ,提高了原料的利用率。蒸汽爆破相對(duì)于酸堿預(yù)處理來說,對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響較小,環(huán)保費(fèi)用較低。因此汽爆法是目前纖維乙醇工業(yè)化生產(chǎn)最佳預(yù)處理工藝。

    國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃(編號(hào):2008AA10Z338-02)

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