玉米秸秆碱法水解

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1、2011届本科毕业论文论文题目：不同预处理后玉米秸秆碱法水解条件 优化研究学生姓名：*所在院（系）：生命科技学院所学专业：生物工程导师姓名：*完成时间：2011年5月20日不同预处理后玉米秸秆碱法水解条件优化研究（生命科技学院生物工程系073班）摘要我国含有丰富的玉米秸秆资源，玉米秸秆需经预处理后才能被高 效水解。本文采用原秸秆粉碎60目、超细200目、膨化粉碎60目和 膨化超细400目四种不同预处理后的玉米秸秆为材料，在一定的固液 比，温度，碱浓度，处理时间条件下，以可溶性糖含量为指标，做碱 法水解实验，结果显示：固液比为1:17, NaOH浓度为2.5%，水解温度 为110C，水解时间为6

2、0min时水解液可溶性糖含量最大，达12.1%。关键词：玉米秸杆，预处理，碱法水解，可溶性糖DIFFERENT PRETREATMENT ALKALINE HYDROLYSIS OF CORN STOVER OPTIMIZATION*(School of Life Science and Technology Department of Biological EngineeringClass 073)ABSTRACTChina is rich in resources, corn stalks, corn stalks to be pretreated in order to be effec

3、tive after the hydrolysis. In this paper, the original 60 mesh crushed straw, fine 200 mesh, 60 mesh and extruded expanded ultra-fine grinding 400 mesh four different pretreatment of corn straw as material, to a certain solid-liquid ratio, temperature, alkali concentration and treatment time conditi

4、ons Under the soluble sugar content as an index, so alkaline hydrolysis experiments, results showed that: solid to liquid ratio of 1:17, NaOH concentration of 2.5%, the hydrolysis temperature is 110 C, the hydrolysis time was 60min, the maximum hydrolysis of soluble sugar content is 12.1%.Key words:

5、 Corn stalks, Pretreatment, Alkaline hydrolysis, Soluble sugar引言51试验材料与仪器61.1试验材料61.2仪器62方法步骤62.1不同预处理玉米秸秆碱水解试验62.1.1粉碎60目玉米秸秆碱水解试验72.1.2超细200目玉米秸秆碱水解试验72.1.3膨化粉碎60目玉米秸秆碱水解试验72.1.4膨化超细400目玉米秸秆碱水解试验72.2可溶性糖含量测定72.3最适预处理方法确定72.4最适预处理玉米秸秆碱水解单因素试验72.4.1最适预处理玉米秸秆碱水解时间确定72.4.2最适预处理玉米秸秆碱水解温度确定82.4.3最适预处理玉米

6、秸秆碱水解碱浓度确定82.4.4最适预处理玉米秸秆碱水解固液比确定82.5最适预处理玉米秸秆碱水解的正交设计83结果与分析83.1最适预处理玉米秸秆方法确定83.2超细200目玉米秸秆碱水解的单因素试验结果93.2.1水解温度的影响93.2.2水解时间的影响93.2.3 NaOH浓度的影响103.2.4固液比的影响103.3超细200目玉米秸秆碱水解的正交优化 113讨论12参考文献12致谢13不同预处理后玉米秸秆碱法水解条件优化研究*（生命科技学院生物工程系073班）引言我国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一。农作物秸秆是粮食作物和经济 作物生产中的副产物，含有丰富的有机质，因此是一种可供开

7、发和综合利用的宝 贵资源。据统计，我国各种农作物秸秆年产量约7.9亿吨，占世界作物秸秆总产 量的20.9630 %，可获得量为3.9亿吨4.2亿吨。其中，玉米秸秆年产量 达3.6亿吨，占农作物秸秆总量的40%。我国秸秆循环再利用的途径与方法是多年来备受关注的一大技术问题。近些 年，随着作物生产水平和复种指数的提高以及农村经济状况、农民生活质量的改 善，秸秆的绝对过剩现象更加突出，农民不再把农作物秸秆作为生活主要燃料， 造成大量的农作物秸秆被废弃在田间地头，甚至在农田中一把火焚烧，造成严 重的环境污染，秸秆焚烧带来的环境污染、人身伤害、交通隐患、资源浪费等现 象更加严重。虽然有些地方的秸秆被用来

8、加工饲料或制备沼气3-6，但是许多地 方的秸秆仍然被弃置，或就地点火焚烧，浪费和污染现象十分严重。因此，开展 秸秆的高效能源化转化利用已经成为亟待解决的涉及农业、能源和环境保护的重 要问题。合理高效地利用秸秆对保障国家能源安全，实现国民经济的可持续发展， 以及保护大气环境都具有十分重要的意义。全国每年作物秸秆的产量达7亿吨，其中玉米秸的面积、产量最大，利用潜 力也最大。随着农业生产方式的不断进步，农业生产水平的逐步提高和思想观念 的转变，秸秆很少再用于烧饭、沤肥，利用秸秆还田、副业加工少于5%,用作 饲料（青储、直接饲喂）的数量不到5%,农村出现大量的秸秆积压闲置，大量焚 烧的现象，不仅对环境

9、造成严重污染，而且也对资源造成了巨大的浪费。当前，我国的秸秆处理技术已有了新的发展，有一批新的成熟技术正在示范 和推广之中。这些技术有的是对传统的处理方法进行技术改造，有的则是寻找新 思路和新措施。目前农作物秸秆综合利用的途径主要有：机械化秸秆还田7-9,秸 秆饲料 10-12, 秸秆能源。随着石油资源的日益枯竭，能源短缺已成为困扰人类社会发展的重大问题， 因此以秸秆为原料生产燃料乙醇在近年来引起人们广泛的关注13。但在以秸杆为 原料生产燃料乙醇的过程中，最大的问题是原料的预处理。预处理的主要作用是 改变秸杆的主要成分天然纤维的结构，脱去木质素，增加酶与纤维素的接触面积， 从而将秸秆中的纤维素

10、水解为可溶性糖。目前预处理的方法主要有生物、化学、 物理和氨冷冻爆破法U4-L6但预处理效果不理想，且对生产设备的腐蚀、磨损和 耗能较严重，因此开发高效、低成本的预处理方法成为急需解决的技术问题。本 研究分别以原秸秆粉碎60目、超细200目、膨化60目和膨化超细400目四种不 同预处理的玉米秸秆为原材料，采用物理与化学相结合的方法，在高压蒸汽条件 下，以一定NaOH浓度水解玉米秸秆，考察在一定的水解温度、时间、NaOH浓度 和固液比四种因素条件下水解玉米秸秆所产可溶性糖含量，并确定了水解温度、 时间、NaOH浓度和固液比四种因素最佳水解条件。1试验材料与仪器1.1试验材料原秸秆粉碎60目，超细

11、200目，膨化粉碎60目，膨化超细400目 玉米秸 秆均采自新乡市红旗区盐酸质量分数为（37.2%）郑州尼派化学试剂厂氢氧化钠（分析纯）天津市东丽区天大化学试剂厂1.2仪器电子天平（JA5002型）上海精天电子仪器有限公司微型植物式样粉碎机（FZ102型）北京中兴伟业仪器有限公司糖度计，三角瓶，量筒（100ml）,小漏斗，烧杯，容量瓶（100ml）2方法步骤2.1不同预处理玉米秸秆碱水解试验表1各试验因素梯度表因素水解时间/min水解温度/cNaOH浓度/%固液比/g/ml梯度1301051.01:14梯度2901152.01:20梯度31501253.01:262.1.1粉碎60目玉米秸秆碱

12、水解试验根据表1,将粉碎60目的玉米秸秆在水解时间、水解温度、NaOH浓度和固液 比四种因素的三个梯度进行组合试验，计3 4 =81组合。测定每种组合的水解液可 溶性糖含量。2.1.2超细200目玉米秸秆碱水解试验根据表1，将超细200目的玉米秸秆在水解时间、水解温度、NaOH浓度和固 液比四种因素的三个梯度进行组合试验，计34 =81组合。测定每种组合的水解 液可溶性糖含量。2.1.3膨化粉碎60目玉米秸秆碱水解试验根据表1，将膨化粉碎60目的玉米秸秆在水解时间、水解温度、NaOH浓度 和固液比四种因素的三个梯度进行组合试验，计34 =81组合。测定每种组合的 水解液可溶性糖含量。2.1.4

13、膨化超细400目玉米秸秆碱水解试验根据表1，将膨化超细400目的玉米秸秆在水解时间、水解温度、NaOH浓度 和固液比四种因素的三个梯度进行组合试验，计34 =81组合。测定每种组合的 水解液可溶性糖含量。2.2可溶性糖含量测定用滤纸对碱水解后的不同预处理玉米秸秆的水解液进行过滤，而后再用浓盐 酸将水解液的PH调至中性，用糖度计测其水解液可溶性糖含量。2.3最适预处理方法确定根据以上不同预处理玉米秸秆碱水解试验后可溶性糖含量的高低，确定玉米 秸秆最适的预处理方法。2.4最适预处理玉米秸秆碱水解单因素试验2.4.1最适预处理玉米秸秆碱水解时间确定根据方法步骤2.1，称取最适预处理玉米秸秆5. 0

14、g，取30min、60min、90min、 120min、150min五种时间段，而水解温度、NaOH浓度、固液比三因素按可溶性糖 含量最高时的处理组合不变，进行试验。2.4.2最适预处理玉米秸秆碱水解温度确定根据方法步骤2.1,称取最适预处理玉米秸秆5.0g,取105C、110C、115 C、 120C、125C五种温度，而水解时间、NaOH浓度、固液比三因素按可溶性糖含量 最高时的处理组合不变，进行试验。2.4.3最适预处理玉米秸秆碱水解碱浓度确定根据方法步骤2.1，称取最适预处理玉米秸秆5.0g，分别加入1.0%、1.5%、 2.0%、2.5%和3.0%五种浓度的NaOH，而水解时间、温

15、度、固液比三因素按可 溶性糖含量最高时的处理组合不变，进行试验。2.4.4最适预处理玉米秸秆碱水解固液比确定根据方法步骤2.1，称取最适预处理玉米秸秆5.0 g，以1:14、1:17、1:20、 1:23和1:26五种固液比，而水解时间、温度、NaOH浓度三因素按可溶性糖含量 最高时的处理组合不变，进行试验。2.5最适预处理玉米秸秆碱水解的正交设计根据单因素试验结果，在一定范围内对最适预处理玉米秸秆碱水解时间、水 解温度、NaOH浓度、固液比四种因素设计适当正交方案，并对该方案做正交试 验优化。3结果与分析3.1最适预处理玉米秸秆方法确定原秸秆粉碎60目、超细200目、膨化60目和膨化超细400目四种不同预处 理的玉米秸秆，经水解时间、温度、NaOH浓度和固液比四种因素的所有组合水 解试验，最高可溶性糖含量如表2。表2试验组合及对应糖含量预处理粉碎60目超细200目膨化粉碎60目膨化超细400目水解时间/min909015090水解温度/c105115105105NaOH浓度/%3.02.03.02.0固液比/g/ml1:141