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由于人类长期依赖的化石能源的日趋枯竭,以及大量使用化石能源对环境造成的巨大危害,生物质可再生资源的开发利用越来越引起人们的重视。利用能源作物和农林废弃物为原料的纤维素生物酒精技术是生物质能源技术的一个研究重点。然而由于生物质资源的组成复杂,纤维素分子内和分子间存在大量的氢键,使得纤维素生物质材料难以溶于水和常见的溶剂,因此纤维素的溶解是本领域的关键问题,直接制约了生物质资源工业化应用。 离子液体的出现为生物质的降解及转化带来了曙光。离子液本身具有化学性质稳定,对环境无污染、无害,可回收利用等优点。将离子液对生物质进行预处理,可以避免在高温下产生抑制后续水解的产物。而且生物质经过离子液的处理,结构被破坏,反应位点增加,可以大大增加生物乙醇产量。由于离子液不易挥发,可以用水或乙醇反萃取出离子液。因此,离子液为生物质能源和资源的开发应用提供了一个崭新的平台。 本硕士论文探讨了利用离子液作为生物质预处理溶剂,以及其在提高糖化产率方面的作用。我们采用2种离子液EmimAc和AmimCl,对2种常见生物质桉木和甘蔗渣进行预处理,初步确定了最佳的反应条件,同时还对离子液预处理纤维素的液固比对糖化产量的影响做了研究。主要结论如下: (1)采用酶解糖化法检测离子液EmimAc和AmimCl对生物质(甘蔗渣和桉木)的预处理效果,考察了温度、时间和液固质量比对离子液预处理效果的影响。结果表明,这2种离子液的最佳反应温度都是140℃,液/固比(g/g)都是15∶1。反应时间上,EmimAc对桉木和甘蔗渣的预处理时间分别是12h和4h,而AmimCl所需的时间分别是14h和8h。 (2)与传统的酸、碱预处理方法相比,这2种离子液预处理都可以显著提高再生生物质糖化产率,而且EmimAc的效果明显优于AmimCl。EmimAc对桉木和甘蔗渣预处理后,其糖化产率分别提高了13.93和3.89倍,而AmimCl的结果分别是4.67和2.84倍。 (3)结果显示,经过预处理之后的纤维素活化能降低;随着离子液与纤维素的液固比加,得到的再生纤维素活化能也随之降低。经过预处理之后的再生纤维素活化能较低,活化分子多,在较低的温度或在较短的时间内,能生成更多的还原糖,使得糖化产率得以提高。 综上所述,本硕士论文探讨了利用离子液作为生物质预处理溶剂的反应条件,以及其在提高糖化产率方面的作用,为离子液预处理生物质的实际应用提供理论基础。桉木生长周期短,木材产量高,在我国南方广泛引种,极易获得。甘蔗渣是炼糖厂的工业废物,一般都被当作废料进行焚烧或者堆埋处理,不仅浪费资源,还带来严重的环境污染。离子液体本身具有性质稳定,无污染,易回收等优点,是清洁能源的重要研究领域。用离子液预处理以上2种原料使之转化为糖,不仅可以变废为宝,还能帮助发展生物质能源。如果能够克服离子液成本高这个缺点,那么其工业化生产和应用将会得到长足发展,也会大大拓宽“生物基”的石化产品替代产物的开发平台。因此本论文研究的重要性不仅体现在为纤维素生物质资源的利用和转化为生物乙醇奠定基础,也为清洁能源的发展与利用提供了新的研究方向。