Особливості попередньої підготовки соломи пшеничної для гідролізу

Abstract

В роботі наведено результати застосування різних способів проведення лужної попередньої підготовки лігноцелюлозної сировини (соломи пшеничної) до гідролізу в технології отримання паливного етанолу. Досліджені способи обробки в автоклаві та в роторно-пульсаційному апараті. Ефект обробки визначали за кількістю видаленого із сировини лігніну. Параметрами варіювання були тривалість обробки, концентрація лугу та температура процесу. Процес відокремлення лігніну та геміцелюлози від лігноцелюлозного комплексу є невід'ємною частиною попередньої підготовки сировини до гідролізу, проте є найбільш енерговитратним в процесі отримання паливного етанолу. Високі енерговитрати обумовлені тим, що цей процес відбувається за підвищених температур та тиску. В роботі наведено приклади основних способів попередньої підготовки рослинної біомаси до гідролізу: розчиненою сірчаною кислотою, лугами, амонійні методи та органосольвентна попередня обробка. Для інтенсифікації процесу попередньої обробки лужних розчинів соломи пшеничної запропоновано використання роторно-пульсаційного апарату. Метою даної роботи було порівняння впливу температури, концентрації лугу та часу обробки лужних розчинів соломи пшеничної в роторно-пульсаційному апараті (далі РПА) та автоклавування на процес видалення лігніну протягом попередньої підготовки сировини до гідролізу. Кислоторозчинний лігнін визначали у фільтраті, що залишився після вилучення кислотонерозчинного лігніну шляхом вимірювання оптичної густини. В ході роботи визначали залежність ступеню видалення лігніну від концентрації лугу, температури і тривалості обробки подрібненої сировини. Досліджекно, що використання РПА прискорює вивільнення лігніну порівняно з автоклавуванням для всього діапазону концентрацій лугу (0,5-4,0 % мас.). З підвищенням концентрації лугу від 0,5 до 4 % мас. вміст лігніну в зразку зменшується до 4,17 % від загальної кількості твердих речовин для автоклавування при 90 ºС; при автоклавуванні за температури 121 ºС вміст лігніну зменшувався до 2,98 %. Обробка соломи пшеничної за температури 90 ºС в РПА призводить до зменшення вмісту лігніну до 3,15 %. Оптамальними параметрами попередньої обробки сировини в РПА є концентрація лугу 4 % мас., температиура 90 оС, тримвалість 60 хв.One of the stages of the complex processing of plant raw materials is the separation of lignin and henncellulose from the lignocellulosic complex, followed by obtaining valuable chemical products or fuel from it. This stage is an integral part of the pretreatment of raw materials for hydrolysis. But this stage is the most energy- consuming of the fuel ethanol obtaining, and aims to destroy the stable structure of cellulosic biomass and make cellulose more accessible to enzymes that convert carbohydrate polymers into fermentable sugars. High energy costs of pretreatment of raw materials for hydrolysis are because this process takes place at high temperatures and pressure. The work aimed to compare the effect of temperature, alkali concentration, and treatment duration of alkaline solutions of wheat straw by two methods of alkaline pretreatment on the process of lignin removal during preparing of raw materials for hydrolysis. It was determined that increasing the alkali concentration from 0.5 to 4% reduces the lignin content in the sample to 4.17% of the total amount of solids for autoclaving at 90 °С, at 121 °С the amount of lignin content decreases to 2.98%. Processing at a temperature of 90 °С reduces the lignin content to 3.15%. The processing duration of affected the process of pretreatment as follows. The minimum lignin content in the sample for autoclaving at 90 °С for 60 min of treatment was 4.12% of the initial one. The minimum lignin content in the sample at 121 °С was observed for one hour and made up 3.15%. Processing in a rotor-pulsation apparatus leads to a lignin content in the sample of up to 2.98% in 120 minutes. The lignin is the most effectively removed in the temperature range of 80-121°C. The minimum lignin content in the sample for autoclaving was 2.98% at 121 °С. For processing, the maximum value of removed lignin was 3.15% at 90 °С.