磷酸盐离子液体与酶耦合处理工艺高效转化天然纤维素应用化学专业论文.docxVIP

江苏科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于： (1)必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 (2)不必威体育官网网址□。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 摘要 摘要 I I 摘 要 纤维素材料是自然界中取之不尽、用之不竭的可再生资源，其综合高效利用在能 源替代与补充、减排温室气体、保护生态环境等方面具有重要的战略意义和现实意义。 尤其是纤维素废弃物的能源化利用，有望减轻我国能源短缺的困难，在节能减排方面 有不可替代的作用。因此利用纤维素废弃物制备生物能源产品和生物基化学品已经成 为研究热点。 首先，本实验根据离子液体溶解能力，并且对纤维处理后的酶解效果及其生物兼 容性的考察，筛选出最佳离子液体和表面活性剂耦合使用处理秸秆。结果表明离子液 体 1, 3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐（[Mmim][DMP]）对于纤维素材料的处理能力和生 物兼容都较好。在预处理/酶解的过程中离子液体[Mmim][DMP]与表面活性剂吐温-80 耦合使用，分别对桑皮粉和甘蔗渣预处理后比未加吐温-80 预处理后酶解 48 h 时的产 糖率分别提高了 16.59%、13.10%，而且对[Mmim][DMP]/吐温-80 预处理桑皮粉后酶 解效果进行单因素试验和响应面分析，得到的最佳预处理条件为：预处理温度为 130 oC，预处理时间为 1 h，底物与吐温-80 质量比为 0.90:1，底物与[Mmim][DMP]质量比 为 0.07:1，预处理转速为 1500 r/min，该条件下得到的再生秸秆酶解 48 h 的还原糖产 率达到 80.12%，而该酶解液利用休哈塔假丝酵母发酵产乙醇，24 h 内乙醇的产量达 到 0.19 g/g 还原糖。总之，筛选出离子液体[Mmim][DMP]，其处理能力和生物兼容较 好，可以与吐温-80 耦合处理纤维素材料，处理后再生秸秆酶解 48 h 的还原糖产率可 达 80.12%。 其次，在离子液体原位酶解的过程中，加入吐温-80 的离子液体处理组比离子液 体单独原位酶解桑皮粉和甘蔗渣时，产率分别提高了 11.75%、10.28%。进而利用响 应面对[Mmim][DMP]/吐温-80 原位酶解桑皮粉时进行分析得到的最佳条件为离子液 体[Mmim][DMP]的浓度为 8.9%，预处理时间为 1.10 h，底物与吐温-80 质量比为 7.47:1， 此条件下原位酶解 48 h 时还原糖产率可达到 80.07%。因此，证明了表面活性吐温-80 可以强化离子液体原位酶解秸秆的过程。 最后，利用氧化石墨烯固定化酶后进行原位酶解。氧化石墨烯分别固定化纤维素 酶、果胶酶、双酶混合在离子液体中原位酶解 48 h 时还原糖的产量为 2.87、2.54、3.25 mg/mL，固定化双酶的原位酶解产糖量高于固定化单酶，可见两种酶的共同作用更有 利于桑皮粉的酶解。结果表明氧化石墨烯固定化酶在离子液体中稳定性较好，双酶固 定化形成协同作用，可以高效酶转化天然纤维材料。 综上所述，磷酸盐离子液体与酶耦合处理工艺可以高效转化天然纤维素。以天然 的桑枝等纤维素材料为替代原料，生物兼容性好的磷酸盐类离子液体为替代溶剂，采 江苏科技大学工学硕士学位论文 江苏科技大学工学硕士学位论文 II II 用酶（纤维素酶、果胶酶）和微生物进行催化转化，可以应对绿色化工面临的三大挑 战，实现绿色化工过程，为生物质能源提供有用的工艺过程和数据支持。 关键词：离子液体；处理与酶解耦合；原位酶解；表面活性剂；固定化酶 Ab Abstract PAGE PAGE VI Abstract Cellulosic material is inexhaustible renewable resources in nature, comprehensive and efficient utilization of cellulosic material poses important effect on strategic significance and practical significance toward alteration and supplement of energy, reducing greenhouse gas emissions, protect the ecological environment. Especially cellulose waste energy