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摘要：本论文讨论纤维素再生过程对后续水解过程的水解转化率以及水解产物分布的影响情况。分别计算水再生、冰乙醇再生以及稀硫酸再生三种再生过程产生的再生纤维素的聚合度；其次，利用稀酸水解过程以及酶水解过程考察该三种再生纤维素的水解转化率及还原糖浓度。分析三种再生纤维素的水解产物分布情况。69227
毕业论文关键词：纤维素、水解、还原糖
HydrolysisProperties of Regenerated Cellulose and Analysis of Products Distribution
Abstract: The influence ofcellulose regeneration process on hydrolysis efficiency and the distribution ofhydrolysis product was studied in this paper. The polymerization degree of three kinds of regenerated cellulose (water regeneration, ice ethanol regeneration and dilute sulfuric acid regeneration) was calculated. Hydrolysis efficiency of these three kinds of regenerated cellulose was investigated via dilute acid hydrolysis method and enzymatic hydrolysis method, respectively. The distribution of hydrolysis products of three kinds of regenerated cellulose was also discussed.
Key words: cellulose; hydrolysis; reducing sugar
1.1 前言
近年来，资源和环境问题一直是全球瞩目的焦点。煤、石油、天然气等燃料的不断开采和使用，使得化石能源日益枯竭，温室效应、酸雨、雾霾等环境问题变得更加严重，已经威胁到了人类的生存环境。面对这些压力，人类急需寻找出可代替的绿色新能源。目前可利用再生的绿色能源也不少，如风能、太阳能、水能、海洋能等，但这些能源的利用受到许多外界因素影响，很不稳定，并不适合大规模发展。就在这时，美国和欧洲等国不约而同选择了用生物燃料来作为代替燃料[1]。但是，从长远角度来看，用粮食作物为原料生产生物柴油和燃料乙醇规模受限，而且持续性不强，所以，人们更加热衷于用自然界中最具资源优势的纤维素来生产燃料乙醇。
纤维素转化为清洁燃料的流程是：纤维素水解→糖类发酵→乙醇。纤维素是世界上最丰富的资源之一，作为生产生物燃料的原料，它主要来自农作物的废弃物和剩余物（如：谷壳、秸秆）、草类、林业加工废弃物和剩余物等。而且我国又是农业大国[2]，每年农作物秸秆的量近7.5亿吨，大多数都是被露天焚烧，既污染了环境，又浪费了资源，用它来作为原料生产燃料乙醇是很好的选择。论文网
纤维素是一种天然的高分子化合物，是用β糖苷键将很多D-吡喃葡萄糖酐连结形成的线形大分子，它的化学结构的分子式为 (C6H10O5)n (n是该结构中D-吡喃葡萄糖酐的数目)，是由44.40% 的碳，6.17% 的氢，和49.39% 的氧组成。纤维素的结构有两个明显的特点：1)分子间和分子内都有强氢键作用；2)纤维素纤维的局部结晶序列特殊[3]。这两点是纤维素难溶解的很大因素，直接影响到产物加工过程中出现的问题和应用时可能出现的特殊情况。要深入研究纤维素的应用性能及其他特殊性，加快解决纤维素的溶解难题。所以，为了实现纤维素均相反应，探究寻找合适的纤维素溶剂，一直是纤维素研究所关注的重点。
但是，纤维素直接水解效率很低，为提高它的水解效率，选用合适的纤维素溶剂将其溶解，再用适当的方法进行再生过程，再生后的纤维素结构与原料纤维素之间产生结构差异，经过该溶解-再生过程，纤维素水解效率有望提高。
1.2纤维素水解技术研究现状
1.2.1纤维素酸水解研究现状
稀酸水解反应温度和压强都比较高，对设备要求也比较苛刻。水解过程中所产生的副产物对酶的活性还有抑制作用[4]。而且在反应过程中，原料的粉碎程度、反应温度的变化、反应时间、固液比、酸的种类及浓度等细节都会影响其效果，比较麻烦。并且最终的得糖率还比较低。但是这种方法用酸量少，一般都不需要回收，直接中和就可以了。此外，稀酸水解纤维素的主要研究方向有：（1）改进工艺流程，以提高纤维素的水解效率；（2）改进溶液体系，改善反应条件。对于工艺流程的改进，工业上多用2步法稀酸水解。首先在低温和酸性较弱的条件下分离半纤维素，然后再在高温和酸性较强的条件下分离纤维素。这样可以避免糖类产物在反应器中停留的时间过长而导致糖的降解量增加的问题。用2步法水解的半纤维素得糖率高达75% - 90%，同时还可部分溶解纤维素，纤维素得糖率也可以达到50% - 70%[5]。 Li [6]等人在研究溶液体系时发现，离子液体-稀酸体系中，用稀酸催化水解纤维素可以使产率提高很多，而且反应条件相对温和，在100℃、常压条件下，反应42 min，还原糖产率高达64%。该方法的原理是：纤维素溶于离子液中，纤维素和酸形成均相溶液，使纤维素与H+的接触面积增大，所以在较温和的反应条件下也可以使水解产率得到提高。 稀酸水解不需要酸回收，工艺流程比浓硫酸水解工艺简单，但是由于一般体系中稀酸催化水解产率较低，反应条件苛刻，所以现在工业上只将其作为纤维素水解预处理手段。