冷等离子体预处理对小麦秸秆酶解行为的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

木质纤维素生物质资源是生物质燃料和许多生物质材料最有希望的可持续发展平台。因为它来源丰富，同时又是廉价和重要的可再生碳水化合物资源。因此基于木质纤维素资源为来源的生物质燃料或生物质材料近年来已经得到了大量的研究。特别是利用柳枝稷、小麦秸秆、玉米秸秆或甘蔗秸秆等农业废弃物的通过可发酵糖生产第二代乙醇。其中，农业秸秆被认为是重要的战略性能源作物。在中国，小麦和稻草生物质资源的产量每年超过7亿吨，大量被丢弃或直接烧毁。利用这些农历废弃物所富含的碳水化合物转化为可发酵糖，然后进行酶水解，为生物质燃料的生产和其他生物质材料的制备提供了潜在的可持续发展途径。

2. 国内外研究现状分析

木质纤维素生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种物质组成，其化学组份与生物质的种类，物种和来源有关。由于生物质资源的复杂化学结构，使得其对水解酶的可及性不足，因此预处理技术是将木质纤维素生物质资源转化为高价值化学品和燃料的重要步骤。半纤维素和纤维素的糖产量是商业乙醇可行化生产过程的关键参数，预处理的主要目标就是增加可用糖的最大酶解转化率，以应对转化率低这一急需解决的关键问题。木质纤维素生物质的紧密和刚性结构化方式是其对酶水解和解构的顽固性的主要原因。木质纤维素底物的许多化学、物理和形态特征，如：纤维素结晶度、纤维素和半纤维素的聚合度、水分含量、粒径、比表面积，以及木质素含量等因素均显著影响木质纤维素碳水化合物的酶解效率。木质素复杂的三维多芳族结构会降低纤维素酶的可及度。此外，木质素与纤维素酶之间的亲和力以及结合性会降低纤维素酶的特异性结合，并降低纤维素酶的酶解效率，是纤维素与酶之间相互作用的重要影响因素。

多种预处理方法被用来促进后续的酶水解，例如湿法氧化，水热预处理和蒸汽爆炸等。这些预处理技术成本还较为昂贵，需要大量的化学物质，并且生物质的流失较为严重，同时糖产量较低88％。因此这些技术还有待改进，从而使生物质燃料和生物质化学品适于经济生产。预处理步骤应该提高纤维素的有效组分，并提高其对水解酶的可及性，同时应避免可溶半纤维素和纤维素的降解，从而有效增加总糖和生物产品的产量。在过去几年中，冷等离子体预处理方法已被用于处理不同类型的木质纤维素材料，应用在这些生物质资源的表面性质以及化学结构的改变。多种因素会影响等离子体的运行效率，其中，等离子体气体类型已被证明是等离子体在聚合物表面作用的重要参数。它决定了对底物表面活性物质的特性。此外，处理时间、气体流速和施加电压等其它等离子体参数对木质素去除表现出显著影响。因此，O₂、N₂和CO₂等等离子体气氛中对各种聚合物表面改性方面研究受到了广泛关注。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

1、冷等离子对秸秆的预处理研究

分别在n₂, co₂和空气等气氛中利用等离子体发生装置对秸秆进行预处理，考察处理气氛、处理时间等因素对秸秆中木质素、纤维素、半纤维素等含量的影响，确定较为适宜的预处理工艺条件。

4. 研究创新点

关于冷等离子体的气体类型和处理时间对化学成分、生物质的酶消化率、糖转化率影响的相关研究较少。

因此，本研究利用不同等离子体气体类型和相应的工作时间对小麦秸秆进行预处理，深入探讨经过预处理后小麦秸秆的酶解产率和糖回收率的变化规律。