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玉米秸皮生物机械法制浆的研究

作　者: 王芳芳
导　师: 黄峰
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 玉米秸皮选择性降解生物机械浆 Trametes hirsuta lg-9
分类号: TS743
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

玉米秸皮含有37.62%的硝酸乙醇纤维素,重均纤维长度为0.987,它比全玉米秸秆更适合于做造纸原料。同时考虑到目前机械法制浆高能耗、化学制浆引起环境污染的问题。本论文采用新的木质纤维素原料——玉米秸皮作为造纸原料进行生物机械法制浆的研究。通过Bavendamm-PDA平板从济南长清玉米种植地筛选出四株产生变色反应的菌株。从山东大学微生物技术国家重点实验室获得的五株菌中Phanerochaete chrysosporium-25和Phanerochaete chrysosporium-14的Bavendamm-PDA平板呈阴性,Trametes hirsuta lg-9,Trametes versicolor,Irpex lacteus均呈阳性。这9种菌株的玉米秸皮降解实验结果显示对玉米秸皮选择性降解的顺序为:Trametes hirsuta lg-9 > Sd > P.C.-14 > P.C.-25 > Trametes versicolor > Sc。将筛选到的对玉米秸皮选择性降解最强的菌株Trametes hirsuta lg-9用于玉米秸皮生物机械法制浆的研究。通过不同菌龄、不同培养方式得到的接种物接种玉米秸皮在无外通空气和连续通空气两种条件下预处理玉米秸皮45d制机械浆,得到的结果显示无外通空气方式培养,低菌龄的接种物处理得到的纸浆强度优于高菌龄;同菌龄的培养物,固态静置培养接种物处理样强度性能优于液态震荡培养接种物。连续通空气培养时,由于打浆度上的差异,有待研究。用固态静置培养物接种,无外通空气方式引起的重量损失小于外通空气,且强度性能也优于后者。用液态震荡培养物接种,则结果相反。Trametes hirsuta lg-9预处理引起了玉米秸皮机械浆白度和光散射系数的降低和光吸收系数的增加。且Trametes hirsuta lg-9预处理后的玉米秸皮在所研究的两段磨浆条件下,引起的磨浆能耗降低幅度在70-85%之间。另外研究发现Trametes hirsuta lg-9玉米秸皮生物机械浆的强度性能与打浆过程中引起的细小增量与保水值增量的比值有较好的线性正相关关系。通过预处理时间对Trametes hirsuta lg-9玉米秸皮制生物机械浆影响的研究发现,Trametes hirsuta lg-9预处理玉米秸皮过程中产木聚糖酶、纤维素酶和漆酶,产酶量顺序为木聚糖酶>纤维素酶>漆酶。产酶速率表现为初期增加较快,中期减缓,后期降低的趋势。且Trametes hirsuta lg-9预处理玉米秸皮引起了发酵体系pH的变化。磨浆段能耗的测定结果显示磨浆能耗随着处理时间不断降低,且在α=0.1时,磨浆能耗与Trametes hirsuta lg-9预处理过程中的产酶量无相关性,而与Trametes hirsuta lg-9预处理后的玉米秸皮红外光谱3414cm~-1和1653cm~-1的相对吸收强度具有线性相关性。造成Trametes hirsuta lg-9玉米秸皮机械浆的强度随着处理时间降低的原因是纤维素酶不断积累引起纤维素解聚,引起α-纤维素含量的降低。Trametes hirsuta lg-9预处理秸皮增加了脂肪族羰基和与苯环共轭的羰基含量,因此引起了Trametes hirsuta lg-9预处理玉米秸皮机械浆的光吸收系数的增加,从而降低了纸浆的白度。Trametes hirsuta lg-9预处理玉米秸皮过程中对愈疮木基的降解多于紫丁香基的降解,且预处理初期对纤维素的结晶区降解多于无定形区,而后期以对无定形区的降解为主。Trametes hirsuta lg-9预处理玉米秸皮的显微观察显示Trametes hirsuta lg-9对玉米秸皮的侵入从表皮细胞开始逐渐深入到薄组织和维管束部分。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-24
  1.1 木质纤维素原料的生物降解  12-15
    1.1.1 木质纤维素原料的生物降解的方式  12-13
    1.1.2 参与木质纤维素原料生物降解的酶和小分子物质  13-15
  1.2 生物机械法制浆  15-20
    1.2.1 生物制浆菌种的筛选  15-16
    1.2.2 木材原料生物机械法制浆的研究现状  16-19
    1.2.3 非木材原料生物机械法制浆的研究现状  19-20
  1.3 玉米秸皮在制浆中的应用  20-22
    1.3.1 玉米秸皮的纤维特性  20-21
    1.3.2 玉米秸皮制浆的研究现状  21-22
  1.4 本论文研究的目的、意义和主要内容  22-24
    1.4.1 本论文研究的目的和意义  22
    1.4.2 本论文研究的主要内容  22-24
第2章筛选选择性降解玉米秸皮的菌株  24-32
  2.1 实验材料和方法  24-26
    2.1.1 培养基组成和原料  24
    2.1.2 玉米种植地土壤中白腐菌的筛选  24-25
    2.1.3 降解实验  25
    2.1.4 化学成分的测定  25-26
  2.2 结果与讨论  26-30
    2.2.1 玉米种植地土壤中白腐菌的筛选和 T. versicolor,I. lacteus,T. hirsuta lg-9, P. chrysosporium-25 和 P. chrysosporium-14 的 Bavendamm 反应  26
    2.2.2 9 种菌株对玉米秸皮降解的比较  26-29
    2.2.3 9 种菌株对玉米秸皮降解的选择性  29-30
  2.3 本章小结  30-32
第3章 Trametes hirsuta lg-9 预处理玉米秸皮制机械浆的初步探讨  32-48
  3.1 实验材料和方法  32-34
    3.1.1 菌种和原料  32
    3.1.2 实验流程  32-33
    3.1.3 白腐菌预处理  33
    3.1.4 机械磨浆  33-34
    3.1.5 纸浆成分、保水值和纤维长度的测定  34
    3.1.6 打浆、抄片和物理性能检测  34
  3.2 结果与讨论  34-45
    3.2.1 接种物菌龄对玉米秸皮生物机械浆性能的影响  35-38
    3.2.2 接种物的不同培养方式对玉米秸皮生物机械浆性能的影响  38-40
    3.2.3 通气方式对玉米秸皮生物机械浆性能的影响  40-43
    3.2.4 磨浆能耗与生物处理后秸皮得率间的回归分析  43
    3.2.5 打浆后抗张指数同保水值增量与细小纤维增量比值间的回归分析  43-45
  3.3 本章小结  45-48
第4章处理时间对Trametes hirsuta lg-9预处理玉米秸皮生物机械法制浆的影响  48-78
  4.1 实验材料和方法  48-57
    4.1.1 菌种和原料  48
    4.1.2 种子液的制备  48
    4.1.3 实验流程  48-50
    4.1.4 显微观察样品的制备  50-51
    4.1.5 红外光谱的测定  51
    4.1.6 α-纤维素含量的测定  51-52
    4.1.7 酶活的测定  52-57
    4.1.8 机械磨浆  57
    4.1.9 打浆、抄片及纸张物理性能检测  57
  4.2 结果与讨论  57-75
    4.2.1 发酵体系中pH 和酶活随处理时间的变化  57-60
    4.2.2 纸张物理性能和α-纤维素含量随处理时间的变化  60-63
    4.2.3 Trametes hirsuta lg-9 预处理玉米秸皮和机械浆的红外光谱分析  63-71
    4.2.4 磨浆能耗随处理时间的变化及其与其他因素相关关系的评估  71-72
    4.2.5 Trametes hirsuta lg-9 处理后的玉米秸皮显微观察  72-75
  4.3 本章小结  75-78
第5章结论  78-79
本论文的创新之处  79-80
本论文需要进一步研究的工作  80-82
参考文献  82-92
致谢  92-93
攻读硕士学位期间发表的论文  93

玉米秸皮生物机械法制浆的研究

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