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麦草碱性沸石催化制浆及其酶水解

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可再生能源

Renewable Energy Resources

第28卷第2期2010年4月

Vol.28No.2Apr.2010

引言

开展农作物秸秆生物质炼制研究,对于缓解我国的资源危机和能源危机以及消除环境污染等,具有重要的意义。2005年,我国麦草产量达0.97亿t ,据预测,到2030年可达1.65亿t [1]。作为一种丰富的草本类木质纤维素资源,麦草在我国制浆造纸工业以及未来生物质能源与化学品工业中具有非常重要的地位。制浆和酶水解是生物质炼制中重要的预处理方法。氧碱法制浆是适用于包括麦草在内的草类纤维常用的制浆方法,采用氧碱法制浆能获得较高得率、较高白度和较高物理强度的纸浆,同时,原料中的硅有很大一部分在氧碱法制浆过程中沉积到纤维表面,黑液中的硅含量大大降低,极大地减缓了碱回收过程中的“硅干扰”[2]。用纤维素酶水解生物质纸浆时,反应条件温和,可

发酵单糖的产率高,不须要外加化学药品,副产物较少,提纯过程也相对简单[3],[4]。

NaOH 是一种液体碱,在氧碱法制浆过程中,NaOH

容易造成纤维素和半纤维素的过度降解,在碱回收过程中存在“硅干扰”,液体碱本身也难以回收利用[5],[6]。本文首次报道以常温下难溶于水的固体沸石作为催化剂,组成新型氧碱制浆体系,进行新型制浆过程的探索;同时,将新型氧碱法制浆作为生物质能源转化与化学品炼制过程预处理的一种方式,研究固体沸石催化制取的纸浆的酶水解变化规律,并通过对黑液成分和纸浆表面结构的分析,探讨蒸煮过程中的物质转化,为将来麦草作为大宗生物质原料的生物质炼制研究提供理论依据。

收稿日期:2009-11-27。

基金项目:国家自然科学基金项目(U0733001);国家科技支撑计划项目(2007BAD34B01);国家“973”计划项目(2010CB732201)。作者简介:张蓓笑(1980-),女,博士研究生,主要从事生物质化工品制备研究。Email :beixiaozhang@http://www.wenkuxiazai.com

通讯作者:林鹿(1962-),男,教授,博士研究生导师,主要从事植物资源化学与化工研究。Email :lclulin@http://www.wenkuxiazai.com

麦草碱性沸石催化制浆及其酶水解

张蓓笑,吴连祯,林

鹿

(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州

510640)

要:采用过氧化氢进行预浸渍,以固体沸石A 和B 为催化剂,研究麦草氧碱法制浆对其酶水解的影响。结

果表明,当制浆黑液中乙酰丙酸和甲酸的浓度分别达5.1442,6.7096mg/ml 时,采用固体沸石A 和B 蒸煮成浆的水解得率分别为18.38%和23.16%。AMF 分析表明,与表面物理结构相比,成浆纤维化学结构的改变对酶水解的影响更大。

关键词:麦草;氧碱法;过氧化氢;酶水解中图分类号:TK6;TS721.4

文献标志码:A

文章编号:1671-5292(2010)02-0041-04

Oxygen-alkali pulping and its impact on enzymatic hydrolysis of wheat straw

ZHANG Bei-xiao,WU Lian-zhen,LIN Lu

(State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,

China )

Abstract :Predipping with hydrogen peroxide,basic zeolite catalyzed pulping and its impact on enzymatic hydrolysis of wheat straw were studied with two kinds of solid which are catalyst A and B.It is found that levulinic acid and formic acid presented in black liquor could reach 5.1442mg/ml and 6.7096mg/ml respectively,the hydrolysis yields with catalyst A and B were 18.38%and

23.16%respectively.Farther analysis with atomic force microscopy found that chemical structure

change has more influence on enzymatic hydrolysis than that of physical structure change.Key words :wheat straw;oxygen-alkali pulping;hydrogen peroxide;enzymatic hydrolysis

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