有机酸与无机酸对半纤维素降解效率对比分析研究开题报告

1. 研究目的与意义

21世纪，资源和环境问题日益严峻，节省资源和开发新型资源则成为了当今解决问题的关键。节约资源需要全体社会的参与，是一项耗时长久且的艰巨任务，故开发新型资源则成为了目前解决资源问题的一种极佳方案。

纤维素是自然界中存在最为广泛的一类碳水化合物，也是地球上最为丰富、最廉价的可再生资源，绝大多数由绿色植物的光合作用合成，据粗略统计，全球每年产生的植物生物量高达1.14×10¹²t，其中纤维素的含量约占总量的百分之五十，然而这类资源并没有被工业化的合理利用，造成大量的浪费。所以如今加强开发纤维素类资源是一项极有前途的工作。

纤维素物质是一个潜在的物质资源宝库，它是人类未来的能量、食物和化学原料的重要来源。纤维素物质主要由纤维素、半纤维素等多糖成分及木质素组成，它们的大致比例为4：3：3。许多农林废弃物,例如玉米秸秆、麦秆和稻秆等都富含半纤维素物质。木聚糖是半纤维素的重要组成部分，由β-d-木吡喃糖以1→4键连接，占植物细胞干重的35%。一些木聚糖常含有少量其他的糖，如l－阿拉伯糖、d－葡萄糖、d－半乳糖、d－甘露糖、d－葡萄糖醛酸和d-半乳糖醛酸等，它们常以接枝的方式形成支链。木聚糖溶于稀碱中，可与纤维素分开。也是自然界继纤维素之后含量第二的可更新多糖。在阔叶材和一年生禾本科植物中木聚糖占原料干重的20～35%，在针叶材中木聚糖的含量较少，一般为干重的7～10%。

2. 研究内容和预期目标

技术要求：学会有机酸与无机酸催化半纤维素降解反应操作及产物分析等。

设计条件：半纤维素是秸秆等可再生木质纤维素原料中的第二大组份，利用酸（有机酸和无机酸）催化半纤维素可转化制备木糖、低聚糖等多种产品。本研究对比稀硫酸和醋酸催化生物质半纤维素的降解效果,包括：1.同等ph和温度下稀硫酸和醋酸对半纤维素降解效率的对比和分析；2.同等ph和温度下稀硫酸和醋酸对半纤维素降解产物分布的对比和分析；3. 稀硫酸和醋酸对半纤维素降解机理分析。能够对稀硫酸和醋酸催化半纤维素降解和转化的反应路径做出阐述和总结。

一、根据论文题目，查阅正式出版的中外学术期刊和专著，从中选择10篇以上参考文献（外文1-2篇或以上），认真阅读，深刻理解，综合分析，掌握其最新动态，参照论文设计任务书的研究内容，写出开题报告（包括文献综述、选题目的和意义、研究方案、计划进度、参考文献）。论文撰写的格式按照院统一标准。如参考文献要列出作者姓名、论文标题、发表刊物、时间、卷（期）及起止页码。在查阅的文献中选1篇外文（5000以上外文印刷字符、文献内容要结合本研究内容）全文翻译为中文。

3. 研究的方法与步骤

1．实验材料

底物：玉米芯、半纤维素水解液

催化剂：有机酸、无机酸

反应器：高压反应釜

溶剂：去离子水/蒸馏水（ph可通过乙酸调节）

2.实验步骤

1.按照要求配置不同PH的稀硫酸(PH2,浓度约0.05%（w/w），以PH计检测为准，

PH3， PH4)

2.按照要求配置不同PH的醋酸(PH2, PH3， PH4)用电子分析天平称量秸秆（其中约含半纤维素30%）的质量，用 g 表示 。

3.将调好PH的稀硫酸和醋酸与秸秆（其中约含半纤维素30%）分别配成溶液，用于反应。 设置好温度，时间，在 30ml 高压反应釜中进行反应。反应完后测半纤维素转化率，单糖和寡糖产物分布。

催化剂为硫酸时

催化剂为醋酸时

3.分析方法

测单糖分析方法

色谱柱:糖柱检测器:示差折光检测器流动相:去离子水

测寡糖分析方法

利用高效液相色谱进行分析

色谱柱：PrevailcarbohydrateEScolumn(250×4.6mm)

检测器：蒸发光散射检测器(ELSD)

流动相：去离子水 乙腈

4.结果讨论

4.1 同等PH和温度下稀硫酸和醋酸对半纤维素降解效率的对比和分析

4.2同等PH和温度下稀硫酸和醋酸对半纤维素降解产物分布的对比和分析

4.3稀硫酸和醋酸对半纤维素降解机理分析。

4. 参考文献

1.yan,l., zhang, l., yang, b. 2014. enhancement of total sugar and lignin yieldsthroughdissolutionof poplar wood by hot water and dilute acid flowthroughpretreatment. biotechnology for biofuels,7(1), 76.

2.yan, l., zhang, h., chen, j., lin, z.,jin, q., jia, h., huang, h., 2009.dilute sulfuric acid cyclespray flow-through pretreatment of corn stover for enhancement of sugar recovery.bioresource technology 100, 1803–1808.

3.yang,b., wyman, c.e. 2008. pretreatment: the key to unlocking low-cost cellulosicethanol.biofuels, bioproducts andbiorefining, 2(1), 26-40.4.mosier, n., hendrickson, r., ho, n., sedlak, m.,ladisch, m.r. 2005. optimization of phcontrolled liquid hot water pretreatmentof corn stover. bioresour technol, 96(18), 1986-93.

5. 计划与进度安排

1、2022年12月28日-2022年3月1日 查阅文献，根据任务书书写开题报告，制定实验方案，翻译外文文献；

2、2022年3月2日-2022年3月10日准备半纤维素原材料及反应试剂，熟悉反应操作；

3、2022年3月11日-2022年4月22日 半纤维素酸水解反应、半纤维素降解产物分析；