發(fā)布時(shí)間：2024-04-24 04:07

　　我國(guó)玉米秸稈年產(chǎn)量高達(dá)1.7億噸,但是利用率很低,相當(dāng)數(shù)量的秸稈被焚燒,造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。玉米秸稈的主要成分木質(zhì)纖維素可轉(zhuǎn)化為多種化工產(chǎn)品如丁二酸等,轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟是將木質(zhì)纖維素酶解為可發(fā)酵糖。然而,木質(zhì)纖維素由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素交聯(lián)構(gòu)成,結(jié)構(gòu)緊密,要想得到高糖濃度酶解液需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理,以增加酶分子和纖維素的接觸面積,提高酶解率。目前,整個(gè)工藝中存在預(yù)處理效果不明顯、容易生成發(fā)酵抑制物、酶成本偏高、微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化率較低等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化的工業(yè)化進(jìn)程,而含硫酸根的預(yù)處理廢液和發(fā)酵廢液也需要處理。本論文旨在通過(guò)優(yōu)化預(yù)處理、酶解、丁二酸發(fā)酵過(guò)程和微生物脫硫工藝等,達(dá)到提高酶解率、提高丁二酸產(chǎn)量和無(wú)污染高效脫除硫酸根的目標(biāo)。首先,建立了玉米秸稈高溫水熱預(yù)處理(HCW)方法。掃描電鏡(SEM)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),該方法能夠有效破壞秸稈木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)；加入少量硫酸銨,能更有效地破壞含有大量木質(zhì)素的內(nèi)層結(jié)構(gòu),使得纖維素結(jié)晶區(qū)域充分暴露,有利于與纖維素酶的結(jié)合。HCW預(yù)處理前后秸稈組成分析表明,90%以上半纖維素被去除,而纖維素不被降解。優(yōu)化了HCW預(yù)處理過(guò)程,確定的最佳固液比為1...

【文章頁(yè)數(shù)】：146 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 玉米秸稈預(yù)處理方法及酶解機(jī)理
        1.1.1 木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)及特性
        1.1.2 影響酶解效果的阻礙因素
        1.1.3 玉米秸稈預(yù)處理工藝
            1.1.3.1 木質(zhì)纖維素簡(jiǎn)單預(yù)處理工藝
            1.1.3.2 木質(zhì)纖維素復(fù)合預(yù)處理工藝
    1.2 纖維素酶水解機(jī)理
        1.2.1 酶組分間的協(xié)同作用
        1.2.2 纖維素酶的來(lái)源
    1.3 秸稈酶解液發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸
        1.3.1 發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸
        1.3.2 產(chǎn)丁二酸微生物
        1.3.3 玉米秸稈水解液發(fā)酵產(chǎn)丁二酸
    1.4 硫酸鹽還原菌及其在發(fā)酵廢水處理中的應(yīng)用
        1.4.1 硫酸鹽還原菌生物代謝過(guò)程
        1.4.2 SRB生物學(xué)分類
        1.4.3 影響SRB代謝的生態(tài)因子
        1.4.4 硫酸鹽還原菌處理秸稈預(yù)處理酶解液發(fā)酵廢水
    1.5 目前存在的問(wèn)題與本論文研究思路
        1.5.1 存在的問(wèn)題
        1.5.2 本論文的思路
2 高溫水熱預(yù)處理對(duì)秸稈結(jié)構(gòu)和組成的影響
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 秸稈機(jī)械破碎及干燥預(yù)處理
        2.2.2 HCW預(yù)處理實(shí)驗(yàn)設(shè)備、試劑及方法
        2.2.3 SEM掃描電鏡樣品準(zhǔn)備及操作步驟
        2.2.4 高溫水熱預(yù)處理?xiàng)l件實(shí)驗(yàn)
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 SEM電鏡觀察機(jī)械破碎預(yù)處理對(duì)細(xì)胞壁組織影響
        2.3.2 HCW預(yù)處理對(duì)底物化學(xué)組成變化影響
        2.3.3 SEM掃描電鏡觀察HCW預(yù)處理對(duì)秸稈細(xì)胞壁組織微觀結(jié)構(gòu)影響
        2.3.4 HCW預(yù)處理?xiàng)l件優(yōu)化
        2.3.5 HCW預(yù)處理過(guò)程中發(fā)酵抑制物生成量
        2.3.6 HCW預(yù)處理過(guò)程中底物水溶性糖濃度變化
    2.4 本章小結(jié)
3 高溫水熱預(yù)處理玉米秸稈酶解過(guò)程研究
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 材料及主要儀器
        3.2.2 纖維素酶解所采用預(yù)處理秸稈
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 預(yù)處理溫度對(duì)酶解率影響
        3.3.2 底物攪拌/未攪拌對(duì)酶解率影響
        3.3.3 預(yù)處理時(shí)間對(duì)酶解率影響
        3.3.4 固液比對(duì)酶解率影響
        3.3.5 分批補(bǔ)料方式對(duì)酶解率影響
    3.4 本章小結(jié)
4 秸稈酶解液厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸過(guò)程研究
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 材料及主要儀器
        4.2.2 菌種
        4.2.3 種子培養(yǎng)基
        4.2.4 發(fā)酵培養(yǎng)基
        4.2.5 厭氧瓶發(fā)酵條件
        4.2.6 攪拌罐厭氧發(fā)酵條件
        4.2.7 發(fā)酵產(chǎn)物分析
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 碳源對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.2 初糖濃度對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧瓶發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.3 培養(yǎng)基碳氮比對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.4 氮源對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.5 Bio-oil對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.6 初糖濃度對(duì)A.succinogenes BE-1攪拌罐厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.7 pH對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.8 pH控制方式對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.9 離子濃度對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
        4.3.10 pH調(diào)控方式對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵丁二酸的代謝通量分析
        4.3.11 補(bǔ)料策略對(duì)A.succinogenes BE-1厭氧發(fā)酵產(chǎn)丁二酸影響
    4.4 本章小結(jié)
5 硫酸鹽還原菌(SRB)的篩選及脫硫條件優(yōu)化
    5.1 引言
    5.2 材料與方法
        5.2.1 富集培養(yǎng)基
        5.2.2 脫硫培養(yǎng)基
        5.2.3 菌種富集與分離方法
        5.2.4 16S rDNA測(cè)序分析與Biolog分析
        5.2.5 SEM掃描電鏡樣品準(zhǔn)備及操作步驟
        5.2.6 檢測(cè)分析方法
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 菌體富集及SEM電鏡觀察形態(tài)特征
        5.3.2 16S rDNA基因序列分析及生化特征鑒定
        5.3.3 Citrobacter sp.HCSR的脂肪酸分析
        5.3.4 Citrobacter sp.HCSR的BIOLOG分析
        5.3.5 初始硫酸根濃度對(duì)Citrobacter sp.HCSR脫硫影響
        5.3.6 pH及ORP對(duì)Citrobacter sp.HCSR脫硫影響
        5.3.7 通氣條件下對(duì)Citrobacter sp.HCSR脫硫影響
        5.3.8 好氧-厭氧雙階段培養(yǎng)對(duì)Citrobacter sp.HCSR生長(zhǎng)、pH及脫硫影響
    5.4 本章小結(jié)
6 納米磁顆粒固定化SRB應(yīng)用于丁二酸發(fā)酵廢液處理研究
    6.1 引言
    6.2 材料與方法
        6.2.1 材料與主要儀器
        6.2.2 磁性SiO₂納米顆粒制備
        6.2.3 磁性SiO₂納米顆粒表面硅烷化處理
        6.2.4 載體活化及對(duì)SRB細(xì)胞固定化
        6.2.5 固定化SRB細(xì)胞應(yīng)用于丁二酸發(fā)酵廢液脫硫
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 磁性納米SiO₂顆粒的制備及SEM電鏡觀察
        6.3.2 磁性納米SiO₂顆粒固定化SRB細(xì)胞SEM觀察
        6.3.3 磁性納米SiO₂顆粒固定化前后對(duì)SRB脫硫影響
        6.3.4 SiO₂/Fe₃O₄包覆比例對(duì)MNPs固定化SRB細(xì)胞脫硫影響
        6.3.5 MNPs固定化SRB細(xì)胞重復(fù)脫硫
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 本論文主要結(jié)論
    7.2 本論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    7.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄
個(gè)人簡(jiǎn)歷及發(fā)表文章專利
致謝



本文編號(hào)：3963208