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摘 要

稻草秸秆等纤维素类物质是地球上分布最广和含量最丰富的可再生生物质资源。秸秆经过水解可以制得可发酵性糖，进一步可供生产低聚糖、单细胞蛋白、酒精，有机酸和小分子醇等有机原料和燃料，是化石资源等不可再生能源的有效替代品。以稀酸水解稻草秸秆具有重要的学术研究价值和广阔的应用前景，本文考察了稀硫酸用于秸秆的水解和活性炭用于木糖液的脱色以及阴阳离子树脂对木糖液的离子交换，确定了酸水解稻草秸秆的最适反应条件为：温度115℃，固液比l：25，反应时间2h、脱色糖损失率为26.1%，阴阳离子交换糖损失为4.7%。

关键词：稻草秸秆，活性炭，阴/阳离子树脂，水解，脱色

Abstract: Rice straw and other cellulosic materials are the most abundant renewable biomass resources on earth．Fermentable sugars can be obtained by means of hydrolysis of biomass resources and they can be further made into oligosaccharides, single cell protein, ethanol and organic acids, small molecules and other organic raw materials and fuel alcohol．Therefore，it is the most effective alternative of non-renewable fossil energy resource. The use of resin to prepare xylose is of high value for study and has a broad application．In this paper, the dilute sulphuric acid was used for the hydrolysis of straw, the activated carbon was used for the decolorization of hydrolysate and resins were used to exchange sulfate ions. The optimum conditions of the preparation of xylose from rice straw were：temperature l15℃，the ratio of solid to liquid 1:25, reaction time 2h under which the loss rate of total sugar was 26.1% during the decolorization process and 4.7% during the ion exchange process.

Keywords: straw stalk, activated carbon, anion/cation resin, hydrolysis, decolorization

目 录

1 绪论 4

1.1 选题背景和意义 4

1.2 木糖的制备方法 4

2稻草稀酸水解液脱色、离交制备木糖的研究 5

2.1 实验材料与方法 5

2.1.1 实验材料及实验设备 5

2.1.2 实验方法 6

2.1.3 实验设计及步骤 7

2.1.4 数据处理及分析 8

结 论 23

参　考　文　献 24

致 谢 25

1 绪论

1.1 选题背景和意义

我国是一个农业大国，具有巨大的农业资源，其中作物秸秆年产量达6亿吨左右^[1]。稻草是我国的农作物秸秆主要废弃物之一，稻草的应用主要集中在传统用途，如作为食草动物的饲料、柴禾、造纸的原料和肥田等，无更有效的开发利用。农村传统的方式是将稻草大量焚烧，既破坏了生态平衡，造成土壤衰竭，也污染了环境，并释放出大量温室气体,导致全球气候变暖。如何高效合理利用这些宝贵的稻草资源，走循环经济和可持续发展的道路，是我国农业、工业领域里的重大课题，利用我国南方地区盛产的稻草做原料，制备高附加值的高纯度木糖，不但解决了农民增收和农作物废弃物问题，更符合国家鼓励的生态、循环、低碳经济总纲领^[2-4]。

木糖是五碳糖，纯净的木糖是一种白色结晶状粉末，易溶于水，不溶于乙醇，溶程为147- 151℃，木糖在常温密闭状态下可保存两年以上。

作为一种功能性食品的基料，木糖具有以下主要功能：(1) 是一种无热量糖， 可满足喜爱甜品的肥胖及糖尿病患者的需求； (2) 可以活化人体肠道内的有益菌双歧杆菌并促其生长； (3) 不被口腔内微生物所利用， 可防龋齿； (4) 具备膳食纤维的部分生理功能， 有降血脂， 降低胆固醇及预防肠癌的作用， 此外木糖还可用作脂肪氧化防止剂及香料原料^[5]。

1.2 木糖的制备方法

（1） 木糖的水解方法

植物纤维原料在水解前需用热水处理，以除去果胶、灰分、单宁及其他阻碍水解液继续加工的物质^[6]。经净化后的原料可，可送入水解锅进行水解反应。硫酸浓度根据原料性质可控制在0.6%~2%，水解时间2小时。

（2）糖的脱色方法

采用活性炭以除去各种色素和吸附部分非糖杂质^[7]，活性炭用量为糖液量的2%，在70~80的条件下，保温搅拌40分钟，然后过滤。

（3）阴阳离子树脂离交原理

离子交换树脂是具有网状立体结构的高分子多元酸或多元碱的聚合物。网状结构的骨架一般十分稳定，与酸、碱及某些有机溶剂和一般弱氧化剂都不起作用，对热也比较稳定。在其网状结构的骨架上有许多可电离、可被交换的基团，如磺酸基(—SOH)、羧基(—COOH)及季胺基 (—NROH)等，正由于这些基团的存在，才使树脂具有离子交换能力。

离子交换树脂的种类很多，常用的是聚苯乙烯型离子交换树脂。它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合而成球形网状结构，其中二乙烯苯是交联剂。经浓硫酸磺化后，即制得聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂。

如果用其它基团代替磺酸基，就可以得到一系列阳离子交换树脂。例如—COOH、—OH等。这些基团上的氢离子可被样品溶液中的阳离子交换。

离子交换树脂肪内含有一定量的水份，在运输及贮存过程中应尽量保持这部分水。如贮存过程中树脂脱了水，应先用浓食盐水（-10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接放于水中，以免树脂急剧膨胀而破碎。 
　　在长期贮存中，强型树脂应转变成盐型，弱型树脂可转变成相应的氢型或游离碱型也可转为盐型，然后浸泡在洁净的水中。树脂在贮存或运输过程中，应保持在5-40°C的温度环境中，避免过冷或过热，影响质量。若冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水的温度可根据气温而定。

阴离子交换树脂具有与阳离子交换树脂同样的有机骨架，只是在骨架上引入了可离解的碱性基团，如—NH、—NH、—NHR等。这类树脂若用NaOH溶液处理，则发生交换反应而转变为—OH型阴离子交换树脂。其反应如下：

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