《低共熔溶剂高效预处理芦苇及酶解糖化研究》

技术简介：

随着能源需求的增长和能源价格的上涨,以及全球变暖领域政策的实施,利用可再生原料开发能源生产技术被确定为战略重点。为了打破木质纤维素原有的结构以更好被生产利用,高效的预处理必不可少。本论文以农林废弃物芦苇(BR)为研究对象,分别利用碱、酸和金属盐耦合低共熔溶剂(DESs)预处理技术以提高BR的酶水解效率,依次探究了DESs预处理技术对生物质组分和酶水解的影响机制。构建了三种高效DESs预处理方法,实现了从芦苇中高效生产可发酵性糖的重要策略。首先,研究建立了氢氧化钠/氯化胆碱:甘油(NaOH/Ch Cl:Gly)预处理芦苇体系。通过组分分析和酶解结果确定在4wt%Na OH耦合DESs(20wt%)体系中80~oC条件下预处理芦苇1h为最佳预处理条件,木质素和半纤维素去除率分别达到73.4%和52.6%,葡萄糖得率提高至84.9%。在纤维素可及性研究中发现,葡萄糖得率和纤维素可及性呈现正相关的线性关系(R~2=0.92)。显然,经过NaOH组合DES(ChCl:Gly)预处理体系显著增强了生物质的酶促糖化效率。其次,本研究还建立了硫酸/氯化胆碱:甘油(H_2SO_4/ChCl:Gly)预处理体系。首先对预处理体系中DESs添加量进行优化,当DESs添加量为40wt%时,预处理效果达到最佳,生物质中半纤维素和木质素去除率分别为73.8%和50.3%。进一步对H_2SO_4浓度进行优化。结果发现预处理体系中H_2SO_4浓度为5wt%,于100~oC条件下预处理1h,可以达到较高的半纤维素和木质素去除率,分别为86.2%和59.2%。对H_2SO_4/ChCl:Gly体系预处理后的芦苇进行酶解72h,葡萄糖得率高达90.1%。此外,在可及性研究中发现,纤维可及性和酶解后葡萄糖得率呈现正线性关系(R~2=0.84)。最后,建立氯化铝/氯化胆碱:甘油(AlCl_3/Ch Cl:Gly)的BR预处理体系。通过对比组分分析结果可以得出最适预处理条件为:30m L DES体系中AlCl_3添加量为8.34mmol,100 ~oC条件下预处理芦苇1h。采用AlCl_3/Ch Cl:Gly预处理体系可兼顾去除木质纤维素中的木质素和半纤维素,脱除率分别为70.8%和87.7%,经过AlCl_3/ChCl:Gly体系预处理的芦苇酶解后葡萄糖得率提高至90.1%。除此之外,纤维素可及性和酶解葡萄糖得率呈现正线性关系(R~2=0.90)。综上,本研究建立了三个高效的预处理体系,即NaOH/Ch Cl:Gly、H_2SO_4/ChCl:Gly和AlCl_3/Ch Cl:Gly,证明了它们BR纤维素酶水解的影响,为BR的高价值利用提供了一种创新思路。

研发人员：杨栋