计算机在化学中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,纤维素乙醇的研究,应101-4班,425宿舍制,团队介绍,团队成员：,组长：孙慧,队员：代立圆 刘明秀,南盼盼 李婵娟,崔秋丽,团队名称：六个核桃,项目名称,中文：,纤维素乙醇的研究,英文：,Cellulose ethanol,research,石油价格的飞速增长,环境严重污染,寻找一种,清洁无污染的新能源,已迫在眉睫！,纤维素的定义,：,纤维素（,cellulose,）是由,葡萄糖,组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是,植物细胞壁,的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的,50%,以上。,棉花,的纤维素含量接近,100%,，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占,40,50%,，还有,10,30%,的,半纤维素,和,20,30%,的,木质素,。,纤维素的化学结构,纤维素的分子式,(C6H10O5)n,，由,D-,葡萄糖以,-1,，,4,糖苷键组成的大分子多糖，分子量,50000,2500000,，相当于,300,15000,个葡萄糖基。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。,纤维素,结构示意图：,纤维素来源：,作为地球上最为丰富的天然有机可再生资源，纤维素来源于绿色的陆生、海底植物和动物体内。植物纤维素又根据来源分为棉、木、麻和各种秸秆等种类，是植物纤维细胞壁的主要成分；另外还有一些是来自动物细菌、海底生物和各种动物体内的动物纤维素,应用前景,当前，生物质作为能源的使用量约占世界一次性能源的,15,左右。预计,2050,年生物质能源将提供世界约,60,的电力和,40,的液体燃料，使全球,CO2,的排放量大幅度减少。生物质能有可能成为未来可持续发展能源系统中的重要能源。而纤维素乙醇技术作为一种无污染的清洁技术，其发展前景是显而易见的。,（一）,.,纤维素乙醇的研究背景：,随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分，以减少对化石能源的依赖和温室气体的排放,。,纤维素乙醇的研究背景：,纤维素乙醇技术，是一种高端的清洁能源技术，它被用来替代传统的粮食乙醇技术，利用地球上广泛存在的纤维素质生物原料生产清洁的乙醇燃料，解决日益激烈的能源问题，而且作为一种绿色环保能源，解决了环境问题，从而被寄予了很高的期望。,纤维素乙醇,第二代生物燃料：,第一代生物燃料：以玉米、小麦等粮食作物作为生产原料的技术，日趋严峻的世界粮食形势，使之渐失优势。,第二代生物燃料：以非粮食作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油为代表，原料主要使用非粮作物，秸秆、枯草、工农业废弃物等，以及主要用来生产生物柴油的动物脂肪、藻类等。,与第一代最重要的区别之一，就在于是否以粮食作物为原料。,国内外研究现状,例如日本的新阳光计划、印度的绿色能源丁程、美国的能源农场和巴两的酒精能源计划等。,2007,年美国总统发表国情咨文讲话，再次重申了美国发展燃料乙醇替代部分石油的决心。,欧盟国家在,2007,年,03,月的峰会上设定了到,2020,年可再生能源占到,20,的约束性目标。当前，生物质作为能源的使用量约占世界一次性能源的,15,左右。预计,2050,年生物质能源将提供世界约,60,的电力和,40,的液体燃料，使全球,CO2,的排放量大幅度减少。生物质能有可能成为未来可持续发展能源系统中的重要能源。,2010,年诺维信酶制剂诺纤力,TM,赛力二代,(CELLIC CTec2),发布会,（二）,.,纤维素乙醇的相关技术：,一,),预处理：,预处理中要提高原料利用率、酶解效率、得糖率；,二,),酶解：,纤维素酶产量不高、活性低、稳定性差、使用寿命短，酶解中要降低成本；,三）发酵：,木糖难发酵；,发酵中要优化发酵菌，提高乙醇产率。,目前研究较多的是将这三步分散、耦合或者丙型，例如同步糖化发酵、高浓度酶循环水解（利用两个或多个生物反应器）,研究内容：,以麦秸纤维素为主要原料，室温下分别采用氢氧化钠、硫酸、丙酮、氢氧化钠过氧化氢、氢氧化钠过氧乙酸、氢氧化钠乙醇溶液进行处理，然后按固液比,1:50,量加入纤维素酶液，在一定,H,值、温度、时间等条件下进行酶解。,采用碱（酸）浸泡蒸汽，蒸汽碱（酸）浸泡，蒸汽，冷冻蒸汽，碱浸泡冷冻等方法预处理麦秸纤维素，然后加入纤维素酶进行酶解。,本次研究的目标：,本次研究以麦草和玉米秸秆为主要原料，以酶解液中还原糖得率为衡量指标；,本次研究尝试采用混合试剂以及综合几种单一预处理方法，机械破碎,-,蒸汽,-,碱处理法、机械破碎,-,爆破,-,化学处理法进行探究。采用物理、化学耦合方法处理废弃纤维素，得到了较好的预处理效果，为废弃纤维素转化燃料乙醇关键技术的突破提供技术参数。,研究的技术处理：,项目利用氢氧化钠,/,过氧化氢溶液预处理麦秸纤维素来制取乙醇,（一）麦秸纤维素预处理,（）常温下，分别称取,10.00g,麦秸粉浸泡于,2%,氢氧化钠、,2%,硫酸,1%,丙酮、,2%,氢氧化钠,1%,过氧化氢、,2%,氢氧化钠,1%,过氧乙酸、,2%,氢氧化钠,1%,乙醇混合液中,48h,，固液比为,1:20,浸泡后的麦秸粉反复以清水冲洗至,h,呈中性，再于,105,烘箱中烘至恒重，取出备用。,（）常温下，称取,10.00g,麦秸粉浸泡于,2,氢氧化钠,24h,，固液比为,1:20,，浸泡后的麦秸粉反复以清水冲洗至,h,呈中性，再用过氧乙酸浸泡,24h,，中和，烘干待用。,（二）麦秸纤维素酶解反应,在,250ml,具塞三角瓶中，加入,2.00g,上述（一）预处理的麦秸纤维素和,100u,单位的纤维素酶，用,100ml 0.2mol/l,h,值为,4.8,的,HAC,NaAC,缓冲液浸泡，将其放置在恒温振荡器中，于,50,下反应，分别在,6h,、,12h,、,24h,、,48h,进行对比实验，测定葡萄糖得率。,纤维素乙醇技术分析,研究的主要步骤：,1,）分别用氢氧化钠、硫酸丙酮、氢氧化钠过氧化氢、氢氧化钠过氧乙酸、氢氧化钠乙醇溶液对麦秸纤维素进行预处理，实验效果均不理想。但相比较而言，用氢氧化钠过氧化氢混合液，先氢氧化钠再过氧乙酸溶液预处理麦秸纤维素的效果要略好于其它所试预处理溶液。,2,）蒸汽处理和碱浸泡处理的先后顺序对葡萄糖得率有比较明显的影响，碱浸泡蒸汽处理的葡萄糖得率总体高于蒸汽碱浸泡处理，蒸汽时间,40min,较为理想，其中酶解,24h,葡萄糖产率较预处理前的葡萄糖产率提高,15%,再继续延长蒸汽时间至,60min,产糖率有所降低。蒸汽和碱浸泡处理同时进行效果较优于先碱再蒸气处理，且三种预处理方法的产率均比直接蒸汽预处理产率高。,3,）,当冷冻温度为,-80,时，经酶解,12h,后，葡萄糖产率 有所增加，其中酶解,48h,，产糖率比预处理前的产糖率提高,23%,；,4,）,蒸汽处理和酸浸泡处理的先后顺序对葡萄糖得率没有明显的影响。蒸汽和酸浸泡处理同时进行效果稍好，蒸汽处理,40min,酶解,24h,时，葡萄糖得率最高达到,16%,，较未处理提高,12%,；,5,）采用碱蒸汽对玉米秸秆进行预处理，通过向预处理后的玉米秸秆中加入纤维素酶进行酶解。通过对,NaOH,质量分数、加热时间、固液比,3,个因素进行单因素试验与正交试验，对预处理的条件进行优化。试验结果表明，玉米秸秆在,6%,的,NaOH,固液比为,1:8,，加热,2min,，酶解液中还原糖含量达到最高。,（,6,）利用采用爆破以及爆破与碱结合的方法处理玉米秸秆，利用扫描电镜（,SEM,）、红外光谱（,IR,）和,X,射线衍射仪,(SKD),对处理后的的秸秆的形态结构，物理特性及化学组成的变化进行了分析。研究结果表明，预处理后的玉米秸秆使得结构变得疏松，出现小孔和裂缝，结构受到破坏使纤维素的相对结晶度增大。红外光谱图分析表明，爆破处理只是使玉米纤维的部分吸收峰的强度发生变化，主体化学结构没有明显变化。,研究进度计划、预期成果和达到目标：,（,1,）查阅相关文献资料，制定并完善研究计划（已完成）；,（,2,）采集样品，并初步处理，做好相应的实验准备；,（,3,）完成研究所需的各种实验，分析实验现象结果；,（,4,）对全部工作进行系统总结，得出研究结果，提交结题报告；,（,5,）将实验技术与实际生产结合，申请专利，投入生产。,已具备的研究条件：,主要原料麦秸易得，纤维素酶可由生命科学院获得,本校实验室可以提供所需要的实验仪器、试剂。,其它测试工作在本校分析测试中心均可完成。,thank you!,应101-4班,425宿舍,