1. 研究目的与意义
随着能源供需矛盾的日益突出和化石燃料对环境污染的日益加重,开发可再生清洁能源势在必行[1]。生物乙醇具有对环境友好、原料可再生等优良特性,越来越受到研究们的重视。目前全世界乙醇总量的90%是以淀粉质原料或糖质原料生产,但他们优势人类赖以生存的粮食资源或者制糖工业原料。随着世界人口的增长,粮食短缺也成为人来急待解决的问题之一,长期依靠农作物生然燃料乙醇变得越来越不现实。因此利用可再生的纤维素资源生产燃料乙醇,已成为世界各国的研究热点。而纤维素水解是木质纤维原料制取燃料乙醇工艺的关键[2]。
油茶产业在我国南方农村经济中占主导地位,油茶种籽用来提取茶油,而油茶壳往往被作为燃料甚至弃去,造成大量浪费,近年来用油壳制备木糖和代替木材制备活性炭都扩大了油茶壳的利用范围,对于提高生态效益,经济效益和社会效益作用重大[3]。
油茶壳等植物原料可以催化水解至木糖的原因是其中含有大量的戊聚糖。木糖属于五碳糖,以缩聚状态广泛的存在于自然界植物的半纤维素中。木糖甜度与蔗糖相近,人体摄入后很难被吸收,是一种无热量甜味剂,具有热稳定性好、清凉感强、防龋齿等疗效。可用于制作食品、饮料和口香糖等,也可用作糖尿病人的治疗剂和营养剂,广泛应用于保健、医药、化工等行业[4]。
2. 国内外研究现状分析
国内研究人员研究了玉米秸秆稀酸预处理条件对木糖得率和纤维素酶水解性能的影响。在单因素试验的基础上,用正交试验法对稀酸预处理条件进行优化。在固液比1∶10、硫酸质量分数0.75%、温度150℃条件下处理30min,木糖得率最大为85.64%。100g玉米秸秆经稀酸预处理和纤维素酶水解后,可得到最大总糖量49.74g。分析结果表明,木糖得率最大影响因素为酸浓,酶解得率最大影响因素是温度。温度对综合指标的影响极显著,酸浓影响显著,时间影响不显著。预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构[1]。
1、通过实验的数据发现马来酸催化水解纤维素的活化能低于硫酸。2、马来酸浓度从0.05增加至0.2m,木糖产率从40%增加至85%。3、增加催化剂浓度,得知木糖产率基本不变趋于稳定。4、使用saeman模型来评估马来酸催化反应中单体木糖产率的最佳条件:在100和150℃之间的反应温度下用0.2m马来酸可实现约80-90%的木糖产率[2]。
参考文献:
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:在甲酸催化作用下油茶壳中的多缩戊糖发生水解反应生成木糖。其中溶剂比,反应温度,反应时间,浓度等因素对水解反应影响最大。在单因素试验的基础上通过正交试验,我们研究筛选出最佳工艺参数,使木糖产率尽可能大。
研究计划:
1. 阅读文献做好开题报告。2. 准备好油茶壳原料和甲酸。3. 正交试验催化水解制备木糖。4. 评价并记录木糖产率。5. 整理数据完成论文。
4. 研究创新点
1. 甲酸催化水解油茶壳制备木糖相较于其他较强酸对设备、环境都比较友好,且甲酸作为有机酸可以回收。2. 由油茶壳催化水解制备的木糖可氢化还原成木糖醇。 3. 油茶壳还可制备糠醛,活性炭等。 4. 油茶壳的开发利用是变废为宝的体现,可以引发我们对其他类似产品的大胆猜想。
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