秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理技術(shù)及其產(chǎn)氫可行性研究.pdf

1、纖維素類生物質(zhì)資源量豐富，可通過直接或間接發(fā)酵途徑轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫，因此在我國研究開發(fā)秸稈類生物質(zhì)的纖維素的轉(zhuǎn)化技術(shù)并將其用于產(chǎn)氫具有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)開發(fā)替代能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。用秸稈來發(fā)酵產(chǎn)氫的瓶頸就在于秸稈中木質(zhì)纖維素的水解，預(yù)處理是水解前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是秸稈類生物質(zhì)產(chǎn)氫經(jīng)濟(jì)性的重要制約因素，因此有必要對(duì)不同類型秸稈類生物質(zhì)的纖維素結(jié)構(gòu)，及秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理工藝進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　 本論文在是國家自然科學(xué)基金

2、項(xiàng)目“超微化秸稈類生物質(zhì)光合連續(xù)產(chǎn)氫過程及代謝熱研究”(項(xiàng)目編號(hào)：50976029)的資助下完成的。利用還原糖得率作為考察指標(biāo)，優(yōu)化了秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理工藝，并借助掃描電子顯微鏡和紅外光譜、X射線衍射等技術(shù)分析了超微粉碎后原料表面形貌及組成、結(jié)構(gòu)的變化，綜合各方因素，確定了以秸稈類物質(zhì)作為產(chǎn)氫原料的最佳原料類型和最佳預(yù)處理?xiàng)l件，將超微后底物進(jìn)行產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了超微預(yù)處理酶解用于產(chǎn)氫技術(shù)的技術(shù)可行性，最后，對(duì)超微預(yù)處理用于光合產(chǎn)

3、氫及高值化利用過程中的產(chǎn)出-費(fèi)用比(△B/△C)進(jìn)行分析，研究其經(jīng)濟(jì)可行性，旨在為以秸稈類生物質(zhì)超微粉碎用于光合產(chǎn)氫的研究提供參考和依據(jù)。結(jié)果表明：
　　 (1)經(jīng)過超微球磨預(yù)處理，不同類型秸稈類生物質(zhì)的纖維素結(jié)構(gòu)均得到有效破壞，玉米芯由于其結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大，且纖維素含量多，木質(zhì)素的包裹作用最不明顯，球磨后酶解產(chǎn)糖量最高，糖化率高達(dá)46.88％，確定了玉米芯為超微預(yù)處理用于產(chǎn)氫的最佳原料類型。
　　 (2)通過單因素和

4、從正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)氫用秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，找出了各因素對(duì)還原糖得率的影響主次關(guān)系依次為：球料比、球磨時(shí)間、原料初始粒徑。由方差分析可知，球料比的影響是最為顯著的影響因素。由正交驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，較適宜的超微預(yù)處理工藝為，原料初始粒徑為0.45mm，球料比20:1，球磨時(shí)間為2h。
　　 (3)由FTIR分析，可知不同類型秸稈類生物質(zhì)經(jīng)過球磨預(yù)處理后，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素各組分均不同，且吸光度也有明顯差別。對(duì)

5、球磨超微粉碎后的玉米秸稈及玉米芯試樣進(jìn)行X射線衍射分析，可知球磨粉碎后玉米秸稈和玉米芯的衍射強(qiáng)度均低于未球磨情況下，球磨超微粉碎能夠有效降低秸稈類生物質(zhì)的纖維素結(jié)晶度，玉米秸稈和玉米芯的衍射峰位置基本一致。對(duì)超微粉碎后的玉米秸稈及玉米芯試樣進(jìn)行SEM表征分析，可知球磨超微粉碎使其細(xì)胞壁被有效打開，微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著改變，有效表面積增大，結(jié)構(gòu)變得疏松多孔。通過對(duì)正交試驗(yàn)過程中球磨后各組玉米芯的粒徑分布范圍進(jìn)行分析，得出，粒徑范圍的變化總體

6、上與還原糖得率的關(guān)系為，還原糖得率越高，粒徑分布越小，還原糖得率越低，粒徑分布范圍越大，驗(yàn)證了粒徑大小對(duì)超微秸稈類生物質(zhì)酶解產(chǎn)糖效果具有顯著影響。對(duì)各組球磨后玉米芯的比表面積進(jìn)行分析，并結(jié)合粒徑分布表可以看出，超微微粒的顆粒越小，其比表面積越大，且其還原糖得率越大。
　　 (4)用各粉碎后秸稈的酶解反應(yīng)液接種光合產(chǎn)氫菌進(jìn)行代謝產(chǎn)氫，各類秸稈的累積產(chǎn)氫量大小規(guī)律與其酶解得糖率規(guī)律一致，說明秸稈類生物質(zhì)酶解所產(chǎn)糖類能有效用于光合生物