项目名称: 木质纤维素高固酶解过程扩散-吸附-反应的分析与调控

项目编号: No.21276192

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 化学工业

项目作者: 苏荣欣

作者单位: 天津大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 木质纤维素高固酶解工艺具有耗水少、能耗低、产能大、糖浓度高等优点,但存在水解效率随固含量增加而线性下降的共性技术问题。本项目旨在揭示高固酶解效率下降的关键因素和调控途径,以酶解体系的扩散、吸附与反应为主线,开展酶解过程的多尺度表征、机理分析与过程调控。①多尺度表征:组合色谱、波谱和电镜分析与CFD模拟,定量描述宏观底物颗粒、介观纤维素酶、微观产物糖的分布(扩散)、转移(吸/脱附)与变化(反应);②机理分析:通过研究纤维素酶分布、活力变化、产物抑制与吸附行为,探讨酶解反应受扩散、吸附/脱附的影响规律,构建扩散-吸附-反应动力学模型,明确水解效率下降的存在环节和关键因素;③过程调控:基于动力学模型和机理分析,确定提高水解效率的调控途径,优化反应器设计、酶与底物预混、补料设计、酶制剂复配等工艺。研究成果将为高固酶解体系工艺优化提供理论依据,促进纤维素乙醇和生物基化学品的基础研究并推进其开发应用。

中文关键词: 木质纤维素;高固含量;纤维素酶;吸附;扩散

英文摘要: For enzymatic conversion of lignocellulosic biomass, conducting at high solids (substrate) concentrations is advantageous, since it increases product concentrations and plant productivity while lowering energy and water input. However, it has been shown that at increasing substrate concentration, the corresponding conversion efficiency of cellulose linearly decreases for a number of lignocellulosic substrates. The purpose of this proposal is to discover the key factors and the effective regulating ways for the decreasing efficiency of enzymatic conversion at high solids loading. Therefore, the main works are focused on multi-scale characterization, theoretical analysis and process optimization by setting the study of the whole process of cellulase diffusion, adsorption and reaction as the central research line. (1) Multi-scale charaterization: quantitatively analyzing the distribution (diffusion), transfer (adsorption/ desorption) and variation (reaction) of macroscopic substrate particles, mesoscopic cellulase and microscopic sugars; (2) Theoretical analysis: investigating the changes in the reactivity of various components of cellulases, the distribution and adsorption of cellulases together with product inhibition; discussing the influence of diffusion and adsorption/desorption on enzymatic conversion of cell

英文关键词: lignocellulose;high solids;cellulase;adsorption;diffusion

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