玉米秸秆酸水解液脱毒浓缩并用于乙醇发酵的研究

摘要

以玉米秸秆等木质纤维素为原料生产燃料乙醇的关键工艺之一是酸水解制取可发酵糖，该过程存在酸回收困难、副产物抑制发酵等难题。本文在课题组前期研究的基础上将酸阻滞与连续效膜蒸馏（CEMD）过程整合并优化工艺条件，以实现秸秆酸水解液中的糖酸分离、发酵抑制物的脱除以及稀糖液与稀酸液的浓缩回收，并验证浓缩糖液用于乙醇发酵的可行性。 本研究使用酸阻滞过程对秸秆酸水解液进行糖酸分离，结果表明，该过程能够有效地分离水解液中的糖和酸，且葡萄糖和硫酸的回收率分别为99.12%和98.92%。在糖酸分离的同时，酸阻滞过程还能有效脱除水解液中的发酵抑制物，其对酚类物质的脱除率是92.50%，而有机酸类和呋喃醛类物质基本完全被脱除。 本研究探讨了CEMD用于糖酸分离所得稀糖液和稀酸液深度浓缩的可行性。结果表明，CEMD可将稀糖液浓缩5倍左右，葡萄糖的截留率始终保持在100%，过程中最大的渗透通量和造水比分别为4.84L/(m2·h)和15.27，相当于传统十八效蒸发器的能效。在稀酸液深度浓缩实验中，硫酸最终可被浓缩至43.43wt%，此时的造水比仍可达6.43。 本研究通过探讨接种量、转速、温度、初始pH、葡萄糖浓度等参数对乙醇发酵的影响来确定最佳发酵条件。在该条件下使用酿酒酵母CICC1308进行水解液的乙醇发酵实验的结果表明，经24h的发酵可生成43.06g/L乙醇，乙醇产率和得率分别为1.79g/(L·h)和86.31%，糖利用率可达97.95%。其乙醇产量和得率可分别达对照组实验(葡萄糖为碳源)中对应值（47.29g/L和93.10%）的91.06%和92.71%。 本研究表明，将酸阻滞和CEMD过程整合可以有效地用于以秸秆为原料的燃料乙醇的生产中。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 前言

1.2 纤维素乙醇

1.2.1 木质纤维素

1.2.2 纤维素乙醇转化技术

1.2.3 国内外纤维素乙醇发展概况

1.3 木质纤维素糖化过程中产生的发酵抑制物

1.3.1 有机弱酸类抑制物

1.3.2 呋喃醛类抑制物

1.3.3 酚类抑制物

1.4 木质纤维素水解液脱毒方法

1.4.1 物理法

1.4.2 化学法

1.4.3 生物法

1.5 膜蒸馏

1.5.1 膜蒸馏简介

1.5.2 连续效膜蒸馏

1.6 乙醇发酵

1.6.1 乙醇发酵菌种

1.6.2 乙醇发酵工艺

1.7 课题的研究目的及研究内容

第2章 秸秆酸水解液的脱毒与浓缩

2.1 实验原料及试剂

2.1.1 实验原料与试剂

2.2 实验仪器及设备

2.3 实验方法

2.3.1 预处理

2.3.2 酸水解

2.3.3 糖酸分离及脱毒

2.3.4 连续效膜蒸馏浓缩

2.4 分析方法

2.4.1 硫酸浓度测定方法

2.4.2 酚类物质测定方法

2.4.3 水解液中葡萄糖、有机酸及呋喃醛类物质测定方法

2.4.4 葡萄糖和硫酸混合溶液糖酸分离实验中葡萄糖含量检测

2.4.5 酸阻滞糖酸分离效果的表征

2.4.6 连续效膜蒸馏性能指标

2.5 酸阻滞树脂糖酸分离及脱毒实验

2.5.1 葡萄糖硫酸溶液的糖酸分离

2.5.2 秸秆酸水解液的糖酸分离

2.6 连续效膜蒸馏浓缩糖酸分离后的洗脱液

2.6.1 连续效膜蒸馏法稀糖液深度浓缩实验

2.6.2 连续效膜蒸馏法稀酸液深度浓缩实验

2.7 连续效膜蒸馏系统的稳定性实验

2.8 本章小结

第3章 乙醇发酵

3.1 实验材料及试剂

3.1.1 菌种

3.1.2 培养基

3.1.3 实验试剂

3.2 实验仪器及设备

3.3 实验方法

3.3.1 菌种保藏

3.3.2 菌种活化

3.3.3 种子培养

3.3.4 乙醇发酵

3.4 分析方法

3.4.1 乙醇含量检测

3.4.2 葡萄糖含量检测

3.4.3 乙醇发酵性能表征

3.5 葡萄糖乙醇发酵实验

3.5.1 葡萄糖浓度对乙醇发酵性能的影响

3.5.2 温度对乙醇发酵性能的影响

3.5.3 转速对乙醇发酵性能的影响

3.5.4 接种量对乙醇发酵性能的影响

3.5.5 初始pH对乙醇发酵性能的影响

3.6 水解液乙醇发酵实验

3.7 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢