《纖維素生物質預處理機制的多尺度原位研究》是依託北京化工大學，由程剛擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：纖維素生物質預處理機制的多尺度原位研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：程剛
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
纖維素生物質在酶解時表現出的抗降解屏障是一個多尺度問題。一些預處理技術能夠不同程度的減弱生物質抗降解屏障, 但是它們對生物質細胞壁微納米結構的作用機制還不明確。通過使用同步輻射x 射線和小角中子散射，雷射和拉曼共聚焦顯微鏡觀察幾種典型木質纖維素生物質在離子液體，NaOH和磷酸作用下的微納米結構的變化，揭示預處理對於纖維素基元纖絲的影響以及對於纖維素，木質素和半纖維素在空間分布的改變，進一步闡明預處理對生物質抗降解屏障的消彌機理。
結題摘要
有效的將纖維素生物質解構成為單糖在很大程度上取決於先進的預處理技術的發展。由於纖維素生物質的非均相的微納米結構，對於生物質預處理和生物質的抗降解屏障之間的關係仍然缺乏理解。最近的研究表明，有必要對於細胞壁的結構變化進行多尺度額度表征，使用多種儀器。小角散射和廣角散射可以跨越埃米到微米的尺度，我們提出使用它們來研究預處理時纖維素生物質細胞壁的物理結構變化。 通過使用小角中子散射，X 射線粉末衍射，二維核磁，氮氣吸附等表征手段，主要研究了離子液體，蒸汽爆破和鹼預處理時幾種纖維素生物質的結構變化，將纖維素晶體結構變化，孔隙率變化以及木質素含量的變化和纖維素糖化率相關聯。我們發現，纖維素生物質的孔隙率對於糖化的貢獻有限，纖維素晶體結構起著決定性作用。離子液體預處理後孔隙率的增加主要是來自於大孔的貢獻。 木質素含量的減少有利於糖化。 纖維素生物質糖化後剩餘的木質素的高值化利用是實現整個轉化過程盈利的關鍵。木質素由於其化學結構的複雜性，目前並沒有很好的得到充分利用。我們提出將木質素製備成納米顆粒以實現其高值化利用。通過文獻調研，我們對於木質素納米顆粒的製備進行了綜述，總結了製備原理和方法，並提出木質素溶液結構是制約可控納米顆粒製備的一個因素。接著，我們使用小角中子散射和NMR 研究了三種來源的木質素在溶劑里的溶液結構。我們發現，木質素的分子間氫鍵和π-π相互作用是阻礙其溶解的主要作用力。脂肪族羥基的含量和木質素在DMSO里的聚集度成正比 因為脂肪族羥基間的氫鍵強度比其它的羥基間的大。這暗示脂肪族羥基含量少的木質素的溶解更容易。 該項目的執行推動了小角散射在纖維素生物質結構表征方面的套用，加深了人們對於纖維素生物質預處理機理的理解。
