论文部分内容阅读
热水预处理是生物降解植物纤维原料时前处理过程,经热水预处理后的植物原料更易于生物降解成各种单糖,有利于发酵生成乙醇。热水预处理植物原料时会析出部分单糖、多糖及热水析出物,这些物质有可能会有一定的回收价值。本研究采用了多段温度分级处理的形式,对热水预处理回收液进行冷却析出固形物。冷冻干燥后,进行固形物性质分析。研究了在25℃、22℃、9℃、4℃、0℃、-5℃、-16℃保存条件下,玉米秸秆预水解液析出固形物特性差别及官能团、结晶度、热稳定性等性质。为了增大固形物析出量,探索试验中在热水预处理阶段加入了乙酸,磷酸,硫酸,加大玉米秸秆的降解程度,扩大特性辨识区间。实验研究了玉米秸秆在热水解处理条件所得的固形析出物的性质,以及不同的处理条件对固形析出物的影响。实验发现每升水解液经过105℃恒温干燥可以得到18.575g固体物质,溶液的pH=3.24,Zeta电位是-0.877 mV。固形析出物在在1740 cm-1处峰位有一强吸收峰,存在醋酸酯及其他酯类物质。1300 cm-1以后的区域指纹区域中木素的降解物紫丁香基类愈创木基类芳香族化合物在这一区域出现吸收峰。玉米秸秆水解液经过GPC测定,溶解在热水中的分子含量最大分子量为20405,最小的分子量为3611。水浴保温时间是1h时,溶液中有分子量为20405的分子30.22%,分子量为13310的分子32.19%,分子量为16407的分子32.48%,分子量为3611的分子5.10%。当水浴时间设置在2h时分子质量只有一个吸收峰,分子量为13227。水浴保温时间3 h的溶液中10868的大分子45.42%,19296的分子54.58%。溶液的pH略微下降,Zeta电位最小-10.7 mV,最大-18.2m V。经过不同条件沉降出的固形析出物中,重量最高为2.73 g/L,占固形物含量14.7%,固体物质表面层黑色坚硬,中间的呈现黄褐色,较松软,整体可研磨,两层之间无法分离。低温4℃下的固形析出物呈现一种透明状态,边缘清晰,逐渐融化状态。稍微高一点的温度9℃和22℃条件下的固形析出物是一种颜色较深的颗粒,聚集状态保持完整性,不易溶于水中。玉米秸秆高温热水预水解固形析出物红外光谱图相比在1030 cm-1出现一个尖锐的愈创木基强吸收峰。低温逐次分离保存热水预水解液本身的pH值和Zeta电位的变化很小,在-5℃,-16℃玉米秸秆水解液以液体的形式存在的最长时间是6 h,1.5 h。溶解在玉米秸秆预处理水解液中的大分子物质以最快的速度聚集沉降,可以达到3.64 g/L占固形物含量19.6%,此时溶液的pH值最低为3,Zeta电位为最高-8.62 mV。固体析出物外观为棕黄色,略有透明,整体出现薄片形状,极易溶于水。在1325cm.1出现一个中等强度紫丁香核的吸收峰,在低于0℃、条件下溶解在预水解液中紫丁香基类芳香族化合物的固体物质出现。研究絮凝剂加入玉米秸秆热水预水解液后发现,添加阳离子淀粉絮凝剂后固形析出物重量最大为0.787 g/L占总固形物含量4%,最小为0.228 g/L占固形物含量1.2%。固形析出物呈亚麻色,阳离子淀粉浓度大的固形析出物显微镜下呈现网络状态,由于阳离子淀粉的影响,其红外光谱图特征峰不明显,锯齿状较多。玉米秸秆水解液中添加阳离子聚丙烯酰胺后,固形析出物的重量稳定在0.3 g/L占固形物含量1.6%,受阳离子聚丙烯酰胺的特性影响。固体物质黏性较大,无法研磨,可溶于水。在玉米秸预水解的pH值为3.2的基础上,调节溶液的pH值使其固定于5、7、9、11的位置,固形析出物质量呈现出对号的形状,在pH=7时,成为最低转折点,约为0.05 g/L,pH=11时,沉淀物质质量最大可以达到3.5 g/L占固形物含量18.8%。pH=5和pH=9时,达到0.5 g/L～1 g/L,调节pH值所获得的物量要大于添加絮凝剂的情况下多一倍以上。在高温热水预处理玉米秸秆过程中,加入微量酸能够促使原料本身加快降解使其溶入水解液中的物质量增加。当磷酸浓度达到0.4%,pH为中性所得固形析出物最多约为8 g/L占固形物含量43%,是目前为止质量最大的一组。与乙酸组浓度为0.2%,pH=7时,固形析出物可达到3.7 g/L占固形物含量19.9%。玉米秸秆磷酸预水解液固形析出物呈分散状态,颜色为红褐色,为小颗粒状物质。且每个颗粒的大小,形状都差不多,类似为焦糖溶在水中分散的状态。玉米秸秆乙酸预水解液固形析出物,颜色为黑褐色,为小颗粒状物质。且每个颗粒的大小、形状均匀,颜色为黑褐色,呈颗粒状聚集。高温水解过程中,添加磷酸和乙酸后,固形析出物的红外光谱图,无论是添加的酸的种类不同,还是酸的浓度设置的不同,红外光谱图的出峰位置都是没有变化的。当pH变化时,1030 cm-1处的愈创木基吸收峰较明显。总之,玉米秸秆热水预处理液中高分子聚合物,在不同温度、外加聚合物时是可以分离出来的。沉淀组分的物质主要是碳水化合物和木素的混合物。