不同温度下氢氧化钠预处理对玉米秸秆甲烷产量的影响

利用农作物秸秆进行厌氧发酵生产沼气是解决我国农村能源紧张的重要途径,然而秸秆中难以降解的木质纤维结构导致在发酵过程中甲烷转化率较低。利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆为发酵原料,分析了在不同温度条件下氢氧化钠（NaOH）预处理对秸秆木质纤维结构以及厌氧发酵产气效率的影响。结果表明,NaOH预处理能够显著降低玉米秸秆的木质纤维素含量,与未预处理的秸秆相比,经NaOH处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%～33.2%,半纤维素含量降低了14.2%～52.4%,木质素含量降低了9.3%～29.3%。在6%、8%和10%浓度中,经8%NaOH处理的秸秆在55℃下的甲烷产量最高,达到188.7 ml CH₄·（g VS）^-1,较未处理的增加了84.2%,因此可作为提高秸秆厌氧发酵产气效率的预处理方法。     

好氧生物预处理时间对玉米秸秆水解酸化的影响

以玉米秸秆为原料,先经复合菌系进行好氧生物预处理,然后接种厌氧污泥进行厌氧发酵,考察了预处理时间对厌氧发酵的影响,并测定木质纤维素结构及含量变化、关键性酶活、微生物多样性和厌氧发酵酸化产量。研究结果表明：随着预处理时间的延长,玉米秸秆的结构逐渐被破坏,木质素过氧化物酶活性逐渐降低,木聚糖酶和纤维素酶活性逐渐升高,最高分别达0.879和0.025 7 U/mg。放线菌、芽孢杆菌和曲霉菌是秸秆好氧生物预处理中的优势菌群。玉米秸秆经好氧生物预处理2 d,厌氧发酵产酸效果最佳,乙醇和挥发性脂肪酸产量为249.3 mg/g,比未处理提高了46.73%;玉米秸秆经好氧生物预处理5 d,乙醇和挥发性脂肪酸产量为138.2 mg/g,比未处理降低了18.66%。过长的玉米秸秆好氧预处理时间会使玉米秸秆中半纤维素、纤维素过度降解,这是造成玉米秸秆厌氧发酵产酸量下降的主要原因。以能源化、资源化为目的的玉米秸秆厌氧发酵预处理时,利用复合菌系好氧生物处理作为其预处理方法,应严格控制预处理时间,避免因为纤维素、半纤维素过度降解导致的产品产率下降问题。     

磷酸预处理对芦苇秸秆与牛粪混合厌氧发酵的影响

为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、p H、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 m L/g,比对照组的产气量13.69 m L/g高出610.3%;酸预处理组p H更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。     

酸碱预处理对芦蒿秸秆厌氧发酵的影响

通过对芦蒿秸秆进行酸、碱预处理和厌氧发酵制沼气实验,比较不同的预处理方法对芦蒿秸秆产气性能的影响。结果表明,与对照组相比,碱处理能较好地改善秸秆的产气性能,其中2%NaOH处理效果最好,发酵初期VFA含量高达4882.34 mg·L?1,比对照组提高了705.21%,单位TS固体产气量为288.42 ml·g?1,较对照组提高了17.08%,甲烷含量最高可达61.14%。     

酸碱预处理对芦蒿秸秆厌氧发酵的影响

通过对芦蒿秸秆进行酸、碱预处理和厌氧发酵制沼气实验,比较不同的预处理方法对芦蒿秸秆产气性能的影响。结果表明,与对照组相比,碱处理能较好地改善秸秆的产气性能,其中2%NaOH处理效果最好,发酵初期VFA含量高达4882.34 mg·L^-1,比对照组提高了705.21%,单位TS固体产气量为288.42 ml·g^-1,较对照组提高了17.08%,甲烷含量最高可达61.14%。     

水稻秸秆渗滤床半固态厌氧发酵性能研究

以水稻秸秆为原料，利用自行设计的渗滤床反应器，对比研究了不同温度（20、25、30和35℃）及不同预处理方式（NaOH、生物试剂和沼液）对秸秆厌氧发酵产气性能、物能转化率、发酵后沼液性能和产气成本等方面的影响。实验结果表明：发酵后总固体（TS）质量分数稳定在13%~15%之间，属于半固态厌氧发酵，同时累积产气量与温度、发酵后COD及NH₃-N的变化量均呈极显著正相关。相同温度（20~30℃）条件下，经预处理后的水稻秸秆TS产气率较空白均有所提高；其中沼液预处理效果最为明显，35℃条件下，TS产气率及挥发性固体（VS）产甲烷率分别为154.0和55.2 mL/g，较空白样品分别提高25.1%和52.5%。同时，沼液预处理可显著提升厌氧发酵产气中的甲烷体积分数。各预处理样品TS产甲烷率及VS产甲烷率呈随温度（20~30℃）上升而增加的趋势，但产甲烷提升率随温度的上升而逐渐下降，将系统温度从20℃提升至25℃，各处理产甲烷率可提高90%以上。考虑到沼气工程罐体增温及产能收支平衡等因素，温度控制在25℃是经济性最好的策略模式。从产气成本上分析，自产沼液具有较佳的处理效果和较低的生产成本，每生产1 m³沼气的可变成本1.62元。     

微波烘焙预处理降解玉米秸秆

用微波可高效对生物质烘焙预处理,考察了不同微波烘焙过程对玉米秸秆主要组分的降解作用及酸、碱、甘油催化剂对纤维素转化效率的影响,并对预处理的玉米秸秆进行酶解实验。结果表明,单纯的微波预处理对玉米秸秆中主要组分纤维素、半纤维素和木质素均有强烈的转化作用。无催化剂微波烘焙后,样品中纤维素含量降低了30%。在微波烘焙中添加酸、碱、甘油催化剂,可选择性降解玉米秸秆中的半纤维素或木质素,有效提高预处理后玉米秸秆中的纤维素含量,添加NaOH后纤维素含量增加最明显,由33%增至42%,纤维素最高转化率达65%。     

生物预处理作物秸秆厌氧发酵产沼气初步研究

以提高秸秆厌氧发酵产气效率为目的,以小玉米、小麦秸秆为研究对象,通过菌种筛选及厌氧发酵产气研究,考察水解效果及产气效率,得到:添加尿素和微生物的水解效果最好、厌氧发酵过程的产气效率最高、产气中甲烷含量最高;只加微生物的次之;两者均未添加的最差。结果表明,筛选的菌种对秸秆有较好的水解能力,能得到较高的产气量和较高品质的沼气。     

不同酸预处理对水稻秸秆厌氧消化产沼气的影响

为了探索不同酸预处理对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响,本试验采用不同质量百分数的H3PO4和HCl溶液对秸秆进行预处理,在中温(35±1)℃、水稻秸秆和牛粪按1∶1配比的条件下进行了厌氧消化试验。结果表明,经过这两种不同质量百分数的酸预处理后,水稻秸秆的木质纤维结构破坏较明显,均能有效缩短发酵启动时间,并不同程度提高水稻秸秆厌氧发酵产沼气的能力。其中以6%H3PO4预处理试验组的效果最好,总产气量可达16474 mL,日均产气量为549.13 mL/d,TS和VS去除率相较于其余预处理组也较优,分别为48.7%和35.4%。综合以上各种因素,可以得出6%H3PO4预处理是较优的厌氧消化工艺条件。     

Ca(OH)_2固态温和预处理玉米秸秆的条件优化及对产气的影响

为了提高玉米秸秆的比表面积、增加溶出物中还原糖的含量,使其更容易被微生物降解利用,基于Ca(OH)_2固态温和预处理的条件,利用中心组合实验设计方法对处理条件进行优化;在优化条件的基础上,选择NaOH与Ca(OH)_2进行组合,考察组合碱配比对秸秆预处理效果及产气的影响。结果表明,最佳Ca(OH)_2处理条件为:60℃、Ca(OH)_2投加量10%、处理48h,溶出物中还原糖含量最大,为234.81mg·L-1;最佳组合碱处理条件为:60℃、碱投加量8%[NaOH与Ca(OH)_2的质量比为75∶25]、处理48h,溶出物中还原糖含量为244.17 mg·L-1、累积产气量为3 701mL、单位产气量为289.25mL·(g VS)-1、纤维素和半纤维素的降解率分别为33.69%和3.21%。     

纤维素水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵有机物转化与产气特性

为实现生物质资源的无害化处理与多级利用，本研究旨在探究纤维素水热炭化液相和玉米秸秆混合发酵过程中有机物转化及产气特性。为探究水热反应条件对混合发酵过程的影响，开展了不同条件水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵实验。结果表明，与秸秆单发酵相比，在200℃(保温30min、60min、120min)和230℃(保温60min)条件下制备的水热液相和秸秆混合发酵的产气分别提升了7.32%、4.42%、22.08%、21.76%，其中甲烷最大累积量为1387mL。水热时间的延长和水热温度升高对最终产甲烷量都具有正向的促进作用；液相中的呋喃及其衍生物等抑制物并未对混合厌氧发酵产生明显的负面效果，反而被微生物分解为糠基醇等有机物，促进产气。水热炭化液相的加入促进了氢还原二氧化碳途径产甲烷菌的生长，协同乙酸产甲烷途径，促进了甲烷的生产。本研究结果可为优化水热炭化有机废液与秸秆混合发酵工艺提供理论基础。     

高温下NaOH和H_2O_2预处理对水稻秸秆沼气产量的影响

本课题组通过查阅各种秸秆资源化利用途径并结合实验室条件,最终决定以厌氧消化方式将秸秆资源转变为沼气能源。水稻秸秆厌氧消化的首要任务是把纤维素和半纤维素水解为可发酵还原糖。为提高秸秆厌氧消化效率和沼气产量,本课题组以脱木质素、减少纤维素及半纤维素损失为目的,研究了在传统NaOH预处理的基础上结合H_2O_2氧化法对水稻秸秆预处理效果,并进一步筛选出预处理效果最佳时的H_2O_2浓度。结果表明,NaOH与H_2O_2协同预处理能加深厌氧微生物对纤维素的降解程度,而且在6%质量分数的NaOH的基础上分别添加0、1%、2%、3%、4%质量分数的H_2O_2形成5组预处理剂中,6%NaOH+1%H_2O_2预处理效果最佳,沼气含量最高为58.1%,比对照组多20%。     

两种化学预处理方法对小麦秸秆纤维素的影响

纤维素在小麦秸秆中含量丰富,但因其结晶度高而不易改性。以小麦秸秆为原料,采用NaOH/硫脲/尿素水溶液法和乙二胺法分别对小麦秸秆纤维素进行预处理,采用正交实验对2种化学预处理方法进行优化,通过FTIR、XRD对红外光谱、结晶度、晶型的测定,比较了2种化学预处理方法对小麦秸秆纤维素的影响。结果表明,采用优化的NaOH/硫脲/尿素水溶液法(NaOH、硫脲、尿素的质量分数分别为8%、7%、6%),能使纤维素结晶度降低51%,晶型由纤维素Ⅰ变为纤维素Ⅱ;而采用优化的乙二胺法[乙二胺质量分数70%、液固比16∶1(mL∶g)、处理温度40℃、处理时间4h],纤维素结晶度仅降低36%,且晶型未变,仍为纤维素Ⅰ。     

不同化学预处理对板栗苞生物降解特性的影响

采用不同浓度的NaOH、H2SO3、H2Cl2、H2O2对板栗苞进行预处理,然后用复合纤维素分解菌系MCI对其进行生物降解,通过测定板栗苞中木质纤维素含量的变化.研究不同的预处理方法对板栗苞降解的影响.结果表明以NaOH和H2O2处理效果较好,而且以2%浓度的NaOH处理在处理效果与经济成本上最为适宜.经2%NaOH预处理后栗苞中的纤维素、半纤维素、木质素分别降解了 47.27%、69.26%、49.76%.     

离子液体碱溶液脱除秸秆中木质素

生物质是来源丰富的可再生资源,去除生物质中的木质素是提高生物质的糖化发酵效率的关键。本文利用含NaOH的离子液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（[Amim]Cl）溶液对玉米秸秆进行处理,从反应温度、反应时间和固液比3个方面研究其脱除木质素的效果,采用单因素实验和Box-Behnken中心组合实验对反应条件进行优化,对比分析处理前后的秸秆的组成和结构变化。结果表明：在反应温度86.8℃,反应时间1.48h,固液比1∶9g/mL时,处理后秸秆中纤维素含量达到83.69%,木质素含量为3.29%,木质素脱除率达81.73%,反应温度对纤维素含量影响最显著。本工作可为玉米秸秆的资源化利用提供参考。     

玉米秸秆产生物燃气及其微生物群落解析

为研究玉米秸秆产沼气及其发酵过程中微生物群落变化,以预处理后的玉米秸秆为原料,采用10 L厌氧反应器进行批式中温发酵产沼气。同时取样利用454焦磷酸测序法测定发酵过程中微生物群落的变化。结果表明:该系统启动迅速,在第3 d就达到产气高峰7.78 L,料容产气率为0.97 L·L?1·d?1,46 d原料沼气产率和甲烷产率分别为236.84 ml·(g VS)?1和132.23 ml·(g VS)?1。454焦磷酸测序及分析表明系统中古菌主要为甲烷微菌纲(Methanomicrobia,占总OTU的89.63%),其次为热原体纲(Thermoplasmata,8.51%)古菌。发酵系统中共有22~29个细菌门,其中优势菌群为拟杆菌门(Bacteroidetes,平均含量46.07%)、变形菌门(Proteobacteria,平均含量20.51%)和厚壁菌门(Firmicutes,平均含量13.09%)。玉米秸秆沼气系统微生物群落结构的阐明可为秸秆沼气工程调控提供科学数据。     

玉米秸秆产生物燃气及其微生物群落解析

为研究玉米秸秆产沼气及其发酵过程中微生物群落变化,以预处理后的玉米秸秆为原料,采用10 L厌氧反应器进行批式中温发酵产沼气。同时取样利用454焦磷酸测序法测定发酵过程中微生物群落的变化。结果表明：该系统启动迅速,在第3 d就达到产气高峰7.78 L,料容产气率为0.97 L·L^-1·d^-1,46 d原料沼气产率和甲烷产率分别为236.84 ml·（g VS）^-1和132.23 ml·（g VS）^-1。454焦磷酸测序及分析表明系统中古菌主要为甲烷微菌纲（Methanomicrobia,占总OTU的89.63%）,其次为热原体纲（Thermoplasmata,8.51%）古菌。发酵系统中共有22～29个细菌门,其中优势菌群为拟杆菌门（Bacteroidetes,平均含量46.07%）、变形菌门（Proteobacteria,平均含量20.51%）和厚壁菌门（Firmicutes,平均含量13.09%）。玉米秸秆沼气系统微生物群落结构的阐明可为秸秆沼气工程调控提供科学数据。     

氧气辅助湿热预处理对玉米秸秆酒精发酵的影响

为了解氧气（O₂）在玉米秸秆湿热预处理中的作用,优化玉米秸秆酒精生产工艺,本文采用三种不同湿热预处理条件处理玉米秸秆,即条件1（195℃,15min）、条件2（195℃,15min,12bar O₂）和条件3（195℃,15min,12bar O₂,2g/L Na₂CO₃）,并利用酿酒酵母对预处理后的玉米秸秆同步糖化发酵酒精工艺（SSF）进行了研究。实验结果表明：经过预处理,玉米秸秆分为固体滤饼与水解液两部分,其中绝大部分纤维素以固体形式保留在滤饼中,而半纤维素和木质素由于不稳定则发生了部分水解或降解。三种预处理条件下纤维素总体收率分别为91.2%、94.6%和95.9%,半纤维素总体收率分别为74.5%、50.3%和68.2%,固体滤饼中木质素质量分数分别为25.2%、17.5%和13.7%,纤维素酶解葡萄糖率分别为64.8%、65.8%和67.6%。表明氧气对纤维素收率影响不大,能够促进半纤维素的溶出。氧气主要与木质素发生反应,尤其与碱性物质碳酸钠（Na₂CO₃）结合,能够促进木质素降解,从而获得了较高的纤维素收率和纤维素酶解葡萄糖率。因此在底物质量分数8%,经过酿酒酵母142h发酵,经条件3处理的玉米秸秆获得的酒精浓度最高,最终酒精浓度达到25.0g/L,并且整个发酵过程没有明显的抑制作用产生。     

木质纤维类废弃物定向生物转化乳酸、乙酸研究进展

依托厌氧发酵技术处理秸秆和牛粪等木质纤维类废弃物，是资源循环利用的重要方式之一。乳酸和乙酸是厌氧发酵的重要中间产物，是生产沼气、中链脂肪酸等能源化工产品的重要前体物质，但定向生物转化协同生产效率不高、对木质纤维类废弃物协同产乳酸、乙酸机制等问题有待深入探索。本文基于对产酸代谢途径机理的分析，梳理了同步发酵和分步发酵协同产乳酸、乙酸特性，归纳了影响生物转化产酸效率的关键因素，发现在较高含固率15%～20%、接种20%～40%的活性物质和适宜的过程参数[pH为5.0左右、中温和有机负荷5～10kgVS/(m3·d)]下，木质纤维类废弃物具有良好的协同产酸效果。进一步探明物化和生物强化耦合手段对木质纤维素降解和目标产物的促进效应，为开发生物转化乳酸、乙酸协同生产关键技术以及促进秸秆等木质纤维类废弃物高值转化利用提供理论依据。     

富镉水稻秸秆纤维素酶解效率的研究

以不同镉含量的水稻秸秆(稻秆)为原料,在常温常压下分别用10%氢氧化钠(NaOH)和过氧乙酸(PAA)进行预处理,利用GC-MS对稻秆纤维素的酶解效率进行研究。结果表明:10%NaOH预处理对稻秆中的镉含量没有显著影响;PAA预处理后稻秆残渣中镉含量降低了80%以上,说明PAA具有去除稻秆中镉的作用;10%NaOH+PAA复合预处理显著改变了稻秆纤维的表面结构,提高了稻秆纤维素的酶解效率;稻秆中的镉含量越高,复合预处理后的酶解效率和葡萄糖产量越高;未经预处理的富镉稻秆纤维素酶解效率和葡萄糖产量均低于无镉稻秆。