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微流注放电玉米秸秆水解制备糖类化合物

花匠小妙招
2024-11-30 03:29

摘要

传统的木质纤维素水解制备糖类化合物技术存在很多问题，其中比较大的问题是严重环境污染和设备腐蚀，为此人们一直在这一领域寻找新方法。等离子体技术是一项高新技术，将该技术应用于玉米秸秆水解制备单糖类化合物具有很多优势。本文就等离子体水解玉米秸秆制备单糖类化合物的重要科学问题进行了研究。主要内容如下：
　　 1.研究了玉米秸秆在微流注放电等离子体条件下水解制备糖类化合物的方法。对玉米秸秆及其主要组分的模型化合物水解产物进行了分析表征，结果表明，玉米秸秆粉料无需常规复杂的预处理和添加助剂，在无氧化、无燃烧的情况下，可一步水解为糖产物，秸秆中的纤维素和半纤维素是糖产物的贡献者，木质素在实验条件下，无糖产物产生。研究结果显示了常常被用作废料的秸秆粉在无酸碱、无高温高压、无需复杂预处理的条件下转化成糖的可能性。
　　 2.确定了适合秸秆在微流注放电等离子体条件下水解反应的工艺条件。研究结果表明：糖产物的生成与水分子有关，但是水蒸汽不能单独作为放电气体。随着电场强度、功率密度、电源频率、放电时间等增加糖产率增加，放电间隙对糖产率的影响比较复杂。最佳工艺条件：平均粒径为0.2mm的秸秆粉，在激励电压.5.0kV，放电时间120min，放电间隙1.66mm，常压、100℃饱和水蒸汽流量0.1L，/min，气压90kPa，N2流量0.5L/min，温度90℃，电源频率10.30kHz，糖产率可达51.21％。
　　 3.研究了微流注放电条件下玉米秸秆等离子体水解反应区温度分布以及秸秆水解反应热效应。结果表明，放电间隙内秸秆等离子体反应区域纵向温度呈高斯分布，在等离子体形成过程中秸秆等离子体反应区域内温度升高过程与撤销激励电压后秸秆等离子体反应区域内温度降低过程中，纵向和横向温度具有相同的变化趋势。秸秆水解反应为放热反应，反应热为5.826x100 J/g。
　　 4.阐明了微流注放电条件下玉米秸秆水解机理，初步分析了动力学过程。结果表明，秸秆粉在电场力作用下，悬浮于空间，有利于放电产生的活性粒子与秸秆粉的作用，进而破坏秸秆结晶区结构和氢键，使糖苷键断裂，结合由H2O在等离子体作用下产生的H+、OH-形成单糖等产物，此过程是一个由高聚物到低聚物转化过程。展开▼