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随着工业迅速发展,不可再生能源不断被消耗,这迫使我们寻求可再生能源,因此用木质纤维素生物质代替粮食生产原料越来越受到关注。然而受环境的污染,重金属利用农作物较强的富集能力,经生态循环对环境和人体健康造成严重的伤害,因此,如何修复污染土壤及利用重金属污染的植物具有重要的研究价值。目前,关于重金属污染土壤的修复已经取得一定的成果,但将重金属土壤的修复与被污染植物的利用结合起来的研究还较为少见。本研究主要分为两大部分,第一部分探究污染稻秆糖化过程中纤维素酶对重金属释放的作用;第二部分探究重金属对乙醇发酵的影响及乙醇发酵/重金属回收耦合工艺的开发。本研究中以湖南重金属污染地区稻秆为研究对象。首先利用硫脲法分离污染稻秆各组分,并通过电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)探究了稻秆中的金属离子种类及含量,和重金属在不同组分中的富集情况,发现稻秆中重金属Cr、Cd、Mn、Cu含量超标。Mn、Cu和Cr离子主要富集在纤维素和半纤维素中,Cd离子主要富集在纤维素和木质素中。为糖化过程中重金属的释放提供了理论参考。为探究糖化过程中重金属释放的可行性,我们利用了Acremonium纤维素酶、绿色木霉属纤维素酶和里氏木霉属纤维素酶糖化污染稻秆。首先研究了糖化过程中,纤维素酶对重金属释放的情况。发现三种纤维素酶糖化过程中,重金属Mn释放率最高可达55%,重金属Cd释放率最高可达68%,重金属Cu释放率最高可达38%,重金属Cr释放率最高可达29%。综合产糖量、多酚和重金属释放率效果,Acremonium纤维素酶效果较佳。然后探讨了纤维素、半纤维素水解及多酚释放与重金属离子释放的关系。发现重金属Mn与Cr离子释放率和葡萄糖、木糖产量有一定相关性。多酚产量与Cu和Cr释放率有一定相关性。验证了糖化过程重金属释放的可行性。在此基础上,结合Acremonium纤维素酶高纤维素酶活,低木聚糖酶活的特性,利用木糖与重金属释放率之间的相关性,通过混合酶和弱酸预处理进一步提高木糖产量,进而提高重金属离子释放率。发现混合酶糖化过程中木糖产量比单独Acremonium纤维素酶提高了1.7倍。弱酸预处理再糖化,葡萄糖和木糖产量分别比单独Acremonium纤维素酶糖化分别提高了1.3倍和2.5倍。重金属Cr、Mn和Cu的释放率相对单独Acremonium纤维素酶糖化也分别增加了1.9、1.6和1.8倍。进一步验证了糖化过程中重金属释放的可行性。最后,本研究探讨了重金属对乙醇发酵的影响,发现Cd明显抑制乙醇产量,产率仅为19%。针对重金属的抑制影响,利用温敏聚合物的聚合物效应和温敏相变特点,开发了乙醇发酵/重金属回收的耦合工艺。在发酵液中加入含有HEDTA重复单元的温敏聚合物PG1-co-PHEDTA,HEDTA螯合重金属Cd,限制了Cd进入酵母细胞,从而有效缓解了Cd对乙醇发酵的抑制。乙醇产率达53%,与不含重金属模拟糖化液发酵的乙醇产率相当。而且发酵过程中,重金属回收率达到90%以上。最后利用聚合物相变特点,实现了对重金属和聚合物的回收和循环利用。