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利用地球上储量最大的可再生的秸秆转化制备燃料乙醇可减少温室效应、缓解能源紧张、改善环境质量、促进经济和社会的可持续发展。稻草秸秆是农业废弃作物,其中含有丰富的纤维素和半纤维素,用于转化燃料乙醇,具有重大的社会及经济意义。制约稻草秸秆产乙醇发展的瓶颈主要是预处理技术、纤维素酶成本及发酵技术。鉴此,为了提高稻草秸秆产乙醇的产率,本研究主要从优化工艺参数出发研究影响稻草秸秆产乙醇产率的因素,并研究了有机溶剂预处理、稀酸预处理、以及液化预处理对稻草秸秆产乙醇的影响,考察了其动力学特征。 通过单因素探索实验和多因素正交优化实验,利用同时糖化发酵法,稻草秸秆制备燃料乙醇的最佳工艺条件是:发酵温度38℃,发酵时间72h,接种量15％,接种比例(管囊酵母:酿酒酵母)2:1,纤维素酶用量20IU?g-1。在该条件下,乙醇的产率为0.183g?g-1。 在优化工艺条件下,分别考察了固液比、表面活性剂对稀酸预处理稻草秸秆产乙醇的影响及动力学分析。结果表明,适宜的条件是固液比1:15、纤维素酶用量20IU?g-1;表面活性剂对乙醇产率的影响顺序是吐温20>聚乙二醇>空白对照组,添加0.5g吐温20可以降低纤维素酶用量;稻草发酵产乙醇的动力学方程为c=abt/(1+bt);发酵过程是类分形的,反应速率常数和时间的关系可以用方程k?k1t?h来描述。 考察了丙酮-磷酸、乙醇-磷酸、乙醇-氯化铁预处理稻草秸秆对糖化率的影响,以及丙酮、乙酸预处理稻草秸秆对乙醇产率的影响。结果表明,三种预处理后稻草秸秆的比表面积增大,提高了酶解糖化率,糖化率从未经预处理的10.03%分别提高到62.46%、57.75%和65.91%。丙酮-磷酸、乙醇-磷酸预处理时随着稻草粒径减小,糖化率升高,粒径减小到一定值时,糖化率升高不明显;回收的预处理液用于再次预处理时,与新鲜处理液的最佳糖化率相接近,分别为53.88%和56.89%。三种不同预处理方式,其中乙醇-氯化铁预处理效果最好。分别采用丙酮、乙酸预处理稻草秸秆,同时糖化法发酵产乙醇。同稀酸预处理稻草秸秆相比,乙醇产率分别提高了64.75%、30.63%,稻草发酵产乙醇的动力学方程为c=abt/(1+bt),发酵过程是类分形的。 稻草秸秆液化预处理后,添加硫酸亚铁和硫酸锰以考察其对稻草发酵制乙醇产率的影响。结果表明,添加FeSO4?7H2O进行同时糖化发酵适宜工艺条件是接种比例(管囊酵母:酿酒酵母)1:2,发酵温度36℃,接种量20%,FeSO4·7H2O投加量4mg?g-1,纤维素酶用量20IU?g-1,乙醇产率为0.319g·g-1;添加MnSO4进行同时糖化发酵适宜的工艺条件是接种比例(管囊酵母:酿酒酵母)1:3,接种量20%,发酵温度32℃,MnSO4投加量8mg?g-1,纤维素酶用量10IU?g-1,乙醇产率为0.349g?g-1;MnSO4促进了纤维素酶和管囊酵母的活性,在较低温度和少量纤维素酶用量的条件下,提高乙醇产率;FeSO4?7H2O促进纤维素酶的活性,但乙醇产率提高较少,FeSO4?7H2O投加量不应过多,避免产生抑制,并且能够降低成本。单因素实验发现,改变其影响因素(温度、纤维素酶用量、Mn/Fe盐添加量),其稻草发酵产乙醇的动力学方程均可用方程c=abt/(1+bt)描述。