激光等离子—固定化酶膜反应体系制备生物质乙醇
发布时间：2024-03-23 15:10
传统的第一代生物乙醇给料主要是玉米和甘蔗，由于目前食物的短缺以及价格问题并不能满足当前的生物乙醇的巨大需求。因此对于第二代生物乙醇的生产具有重要意义。生物质乙醇的生产面临着巨大的挑战和障碍如：原料的预处理方法，提高酶解率以及通过有效途径提高生物质乙醇的生产率。本研究通过激光等离子催化秸秆纤维素发酵生物质乙醇进行了全面系统的研究。 为了降低生物乙醇的生产成本，需要打破生物质降解屏障而使生物质到生物质乙醇的转化更加有效。CO2激光等离子催化能够打破秸秆纤维素材料的物理屏障以及降低秸秆纤维素的颗粒度。为了说明CO2激光等离子催化的作用机制，通过傅里叶红外变换和扫面电镜对经过CO2激光等离子催化的秸秆纤维素表面进行分析。结果说明了CO2激光等离子催化能够有效的增强秸秆纤维素材料到生物质乙醇的转化。CO2激光等离子催化与超声波预处理相比，能够明显的增加秸秆纤维素的糖化率，糖化率达到了27.75%，是超声波预处理秸秆纤维素的糖化率的1.34倍。这说明了CO2激光等离子...
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 秸秆纤维素生物质的结构和理化性质
1.2.1 秸秆纤维素分子结构特征
1.2.2 秸秆纤维素的理化性质
1.3 秸秆纤维素乙醇的研究和发展前景
1.3.1 第二代生物乙醇的发展现状
1.3.2 秸秆纤维素乙醇生产的主要挑战
1.4 秸秆纤维素预处理的方法的研究现状
1.4.1 物理方法
1.4.2 化学方法
1.4.3 物理化学法
1.4.4 生物法
1.5 激光等离子体的作用机制
1.6 纤维素酶的性质及其作用机理
1.6.1 纤维素的酶系结构
1.6.2 纤维素酶的水解机制
1.7 固定化细胞制备乙醇研究现状
1.7.1 固定化细胞吸附法
1.7.2 固定化共价结合法
1.7.3 固定化交联法
1.7.4 固定化包埋法
1.8 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与方法
2.1 实验材料与仪器设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验装置
2.1.4 实验仪器
2.1.5 实验采用乙醇发酵菌种和培养基
2.2 分析方法
2.2.1 理化分析项目
2.2.2 秸秆成分分析
2.2.3 总还原糖含量测定
2.2.4 蛋白质含量测定
2.2.5 膜通量的测定
2.2.6 截留率的测定
2.2.7 解吸附率的测定
2.2.8 纤维素酶酶活测定
2.2.9 预处理秸秆纤维素酶解液组成成分分析
2.2.10 秸秆纤维素扫描电镜表面形态观察
2.2.11 秸秆纤维素FTIR结构分析
2.2.12 发酵产物分析
2.2.13 响应面方法自变量建立
2.2.14 预处理秸秆纤维素质量损失率的测定
2.2.15 制备固定化酵母包埋率的测定
2.2.16 酶水解糖化率的测定
2.2.17 固定化细胞原子力显微镜表面形貌观察
2.3 试验方法
2.3.1 秸秆纤维素预处理
2.3.2 纤维素酶酶解实验
2.3.3 固定化细胞的制备与增殖
2.3.4 发酵液蒸馏浓缩
2.3.5 固定化细胞发酵实验
第3章 预处理方法的筛选及优化激光催化工艺条件
3.1 引言
3.2 不同预处理方式对秸秆纤维素质量损失率的影响
3.3 不同预处理方式对秸秆纤维素成分的影响
3.4 降解秸秆纤维素的纤维素酶的筛选
3.5 纤维素酶酶学性质研究
3.6 不同预处理催化方式对酶解效果的影响
3.7 预处理秸秆纤维素样品红外光谱分析
3.8 预处理秸秆纤维素表观结构分析
3.9 预处理秸秆纤维素酶解液组成成分分析
3.10 激光等离子催化单因素实验
3.10.1 液固比对催化秸秆纤维素糖化率的影响
3.10.2 预处理时间对催化秸秆纤维素糖化率的影响
3.10.3 预处理功率对催化秸秆纤维素糖化率的影响
3.11 响应面法优化激光等离子催化
3.11.1 自变量水平的建立
3.11.2 回归方程模型的构建及显著性检验
3.11.3 预处理工艺的响应面分析与优化
3.12 本章小结
第4章 催化秸秆纤维素的酶解动力学模型的构建
4.1 引言
4.2 催化秸秆纤维素的酶吸附作用研究
4.2.1 纤维浓度对纤维素酶吸附的影响
4.2.2 纤维素酶浓度对秸秆纤维素吸附作用的影响
4.3 催化秸秆纤维素的酶解过程
4.4 催化秸秆纤维素初始阶段酶解动力学研究
4.4.1 纤维的酶解量和理论残留量之间的关系
4.4.2 预处理秸秆纤维素的酶解反应速率和酶解时间的关系
4.4.3 预处理秸秆纤维素的酶解反应速率和酶浓度的关系
4.5 本章小结
第5章 膜反应系统对纤维素酶的回收研究
5.1 引言
5.2 超滤膜分离组件的筛选
5.3 膜孔径对膜分离过程的影响
5.3.1 膜孔径的纯水渗透系数分析
5.3.2 膜孔径对纤维素酶膜通量的影响
5.3.3 膜孔径对纤维素酶蛋白截留率的影响
5.4 膜分离方式的优化
5.4.1 膜分离方式的比较分析
5.4.2 膜分离方式对膜通量的影响
5.5 膜分离纤维素酶蛋白膜通量单因素的确定
5.5.1 操作压力对膜通量的影响
5.5.2 温度对膜通量的影响
5.5.3 pH值对膜通量的影响
5.6 响应面法优化膜浓缩分离纤维素酶工艺参数
5.6.1 自变量水平的建立
5.6.2 回归方程模型的构建及显著性检验
5.6.3 膜通量的响应面分析与优化
5.7 纤维素酶的解吸附实验研究
5.8 超滤膜对酶解产物的纤维素酶和总还原糖的影响
5.9 纤维素酶的回收重复利用
5.10 本章小结
第6章 固定化酵母制备乙醇工艺参数优化与机理研究
6.1 引言
6.2 不同固定化材料对生物乙醇发酵的影响
6.3 制备固定化酵母细胞单因素分析
6.3.1 海藻酸钠浓度对包埋率的影响
6.3.2 秸秆纤维素添加量对包埋率的影响
6.3.3 CaCl2浓度对包埋率的影响
6.4 响应面优化固定化酵母细胞的包埋率
6.4.1 回归方程模型的构建及显著性检验
6.4.2 固定化酵母制备效果分析
6.5 固定化细胞的表征及影响机理研究
6.5.1 固定化细胞凝胶球特性及表征分析
6.5.2 添加秸秆纤维素对固定化细胞的机理分析
6.6 固定化酵母细胞乙醇产率单因素分析
6.6.1 酵母添加量对固定化酵母乙醇产率的影响
6.6.2 秸秆纤维素添加量对固定化酵母的影响
6.6.3 发酵液pH对乙醇产率的影响
6.7 响应面法优化固定化酵母乙醇发酵
6.7.1 自变量水平的建立
6.7.2 回归方程模型的构建及显著性检验
6.7.3 固定化酵母生物质乙醇发酵效果分析
6.8 生物质乙醇发酵和酶解液中残糖含量的动力学关系
6.9 固定化酵母生物质乙醇发酵动力学与机理研究
6.9.1 生物质乙醇发酵数据非线性评估
6.9.2 固定化酵母细胞生长动力学及其参数估计
6.9.3 生物质乙醇合成动力学模型及其参数估计
6.10 固定化酵母乙醇发酵周期稳定性研究
6.11 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3936095
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 秸秆纤维素生物质的结构和理化性质
1.2.1 秸秆纤维素分子结构特征
1.2.2 秸秆纤维素的理化性质
1.3 秸秆纤维素乙醇的研究和发展前景
1.3.1 第二代生物乙醇的发展现状
1.3.2 秸秆纤维素乙醇生产的主要挑战
1.4 秸秆纤维素预处理的方法的研究现状
1.4.1 物理方法
1.4.2 化学方法
1.4.3 物理化学法
1.4.4 生物法
1.5 激光等离子体的作用机制
1.6 纤维素酶的性质及其作用机理
1.6.1 纤维素的酶系结构
1.6.2 纤维素酶的水解机制
1.7 固定化细胞制备乙醇研究现状
1.7.1 固定化细胞吸附法
1.7.2 固定化共价结合法
1.7.3 固定化交联法
1.7.4 固定化包埋法
1.8 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与方法
2.1 实验材料与仪器设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验装置
2.1.4 实验仪器
2.1.5 实验采用乙醇发酵菌种和培养基
2.2 分析方法
2.2.1 理化分析项目
2.2.2 秸秆成分分析
2.2.3 总还原糖含量测定
2.2.4 蛋白质含量测定
2.2.5 膜通量的测定
2.2.6 截留率的测定
2.2.7 解吸附率的测定
2.2.8 纤维素酶酶活测定
2.2.9 预处理秸秆纤维素酶解液组成成分分析
2.2.10 秸秆纤维素扫描电镜表面形态观察
2.2.11 秸秆纤维素FTIR结构分析
2.2.12 发酵产物分析
2.2.13 响应面方法自变量建立
2.2.14 预处理秸秆纤维素质量损失率的测定
2.2.15 制备固定化酵母包埋率的测定
2.2.16 酶水解糖化率的测定
2.2.17 固定化细胞原子力显微镜表面形貌观察
2.3 试验方法
2.3.1 秸秆纤维素预处理
2.3.2 纤维素酶酶解实验
2.3.3 固定化细胞的制备与增殖
2.3.4 发酵液蒸馏浓缩
2.3.5 固定化细胞发酵实验
第3章 预处理方法的筛选及优化激光催化工艺条件
3.1 引言
3.2 不同预处理方式对秸秆纤维素质量损失率的影响
3.3 不同预处理方式对秸秆纤维素成分的影响
3.4 降解秸秆纤维素的纤维素酶的筛选
3.5 纤维素酶酶学性质研究
3.6 不同预处理催化方式对酶解效果的影响
3.7 预处理秸秆纤维素样品红外光谱分析
3.8 预处理秸秆纤维素表观结构分析
3.9 预处理秸秆纤维素酶解液组成成分分析
3.10 激光等离子催化单因素实验
3.10.1 液固比对催化秸秆纤维素糖化率的影响
3.10.2 预处理时间对催化秸秆纤维素糖化率的影响
3.10.3 预处理功率对催化秸秆纤维素糖化率的影响
3.11 响应面法优化激光等离子催化
3.11.1 自变量水平的建立
3.11.2 回归方程模型的构建及显著性检验
3.11.3 预处理工艺的响应面分析与优化
3.12 本章小结
第4章 催化秸秆纤维素的酶解动力学模型的构建
4.1 引言
4.2 催化秸秆纤维素的酶吸附作用研究
4.2.1 纤维浓度对纤维素酶吸附的影响
4.2.2 纤维素酶浓度对秸秆纤维素吸附作用的影响
4.3 催化秸秆纤维素的酶解过程
4.4 催化秸秆纤维素初始阶段酶解动力学研究
4.4.1 纤维的酶解量和理论残留量之间的关系
4.4.2 预处理秸秆纤维素的酶解反应速率和酶解时间的关系
4.4.3 预处理秸秆纤维素的酶解反应速率和酶浓度的关系
4.5 本章小结
第5章 膜反应系统对纤维素酶的回收研究
5.1 引言
5.2 超滤膜分离组件的筛选
5.3 膜孔径对膜分离过程的影响
5.3.1 膜孔径的纯水渗透系数分析
5.3.2 膜孔径对纤维素酶膜通量的影响
5.3.3 膜孔径对纤维素酶蛋白截留率的影响
5.4 膜分离方式的优化
5.4.1 膜分离方式的比较分析
5.4.2 膜分离方式对膜通量的影响
5.5 膜分离纤维素酶蛋白膜通量单因素的确定
5.5.1 操作压力对膜通量的影响
5.5.2 温度对膜通量的影响
5.5.3 pH值对膜通量的影响
5.6 响应面法优化膜浓缩分离纤维素酶工艺参数
5.6.1 自变量水平的建立
5.6.2 回归方程模型的构建及显著性检验
5.6.3 膜通量的响应面分析与优化
5.7 纤维素酶的解吸附实验研究
5.8 超滤膜对酶解产物的纤维素酶和总还原糖的影响
5.9 纤维素酶的回收重复利用
5.10 本章小结
第6章 固定化酵母制备乙醇工艺参数优化与机理研究
6.1 引言
6.2 不同固定化材料对生物乙醇发酵的影响
6.3 制备固定化酵母细胞单因素分析
6.3.1 海藻酸钠浓度对包埋率的影响
6.3.2 秸秆纤维素添加量对包埋率的影响
6.3.3 CaCl2浓度对包埋率的影响
6.4 响应面优化固定化酵母细胞的包埋率
6.4.1 回归方程模型的构建及显著性检验
6.4.2 固定化酵母制备效果分析
6.5 固定化细胞的表征及影响机理研究
6.5.1 固定化细胞凝胶球特性及表征分析
6.5.2 添加秸秆纤维素对固定化细胞的机理分析
6.6 固定化酵母细胞乙醇产率单因素分析
6.6.1 酵母添加量对固定化酵母乙醇产率的影响
6.6.2 秸秆纤维素添加量对固定化酵母的影响
6.6.3 发酵液pH对乙醇产率的影响
6.7 响应面法优化固定化酵母乙醇发酵
6.7.1 自变量水平的建立
6.7.2 回归方程模型的构建及显著性检验
6.7.3 固定化酵母生物质乙醇发酵效果分析
6.8 生物质乙醇发酵和酶解液中残糖含量的动力学关系
6.9 固定化酵母生物质乙醇发酵动力学与机理研究
6.9.1 生物质乙醇发酵数据非线性评估
6.9.2 固定化酵母细胞生长动力学及其参数估计
6.9.3 生物质乙醇合成动力学模型及其参数估计
6.10 固定化酵母乙醇发酵周期稳定性研究
6.11 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
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