有机酸对甜高粱渣亚临界水解产物的影响

半纤维素的高效转化是提高甜高粱渣原料全组分利用的关键技术之一。采用亚临界水热预处理方法,并将强度因子R0引入研究过程,考察了不同温度(160~200℃)和反应时间(10~60 min)对甜高粱渣水解反应的影响。在这基础上,进一步考察了多种有机酸(乳酸、醋酸及乳酸+醋酸)对亚临界水解效果的影响。实验表明,当强度因子lg R0=3.96(180℃,40 min)时,采用不外加酸的亚临界水热预处理工艺得到的最大木糖浓度为4.79 g·L~(-1);有机酸的加入可强化水解反应,提高木糖浓度;与单一乳酸或醋酸处理方法相比,加入同浓度的乳酸+醋酸既可以促进半纤维素水解,又可以抑制副产物生成;在温度180℃,时间40 min,乳酸+醋酸(乳酸:醋酸=6:4)的浓度1%(质量)的条件下,木糖浓度为7.92 g·L~(-1)。     

含硫酸亚铁废溶液的生物氧化过程中氮源对溶解性Fe（Ⅲ）生成量的影响

利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌将含硫酸亚铁废溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺后用于脱除H₂S,同时实现了含硫酸亚铁废溶液的循环利用和H₂S的脱除。而溶解性Fe³⁺较高的生成量是保证该处理系统连续高效运行的关键因素。但在充足氮源和K⁺条件下大量Fe³⁺以黄铁矾沉淀形式存在。因此,本文通过控制氮源种类及投加浓度,减少沉淀生成,增大溶解性Fe³⁺生成量,以期提高H₂S的去除效率。结果表明（NH₄）₂HPO₄可替代以往研究中的（NH₄）₂SO₄作为氮源,确定适宜菌体生长的氮源浓度范围为0.33～1 g·L^-1。在1 g·L^-1 （NH₄）₂HPO₄条件下细菌生长无明显停滞期、Fe²⁺平均氧化速率为0.221～0.229 g·（L·h） ^-1,Fe³⁺生成量为7.62～7.72 g·L^-1,沉淀量为1.17 g·L^-1,因此确定（NH₄）₂HPO₄为1 g·L^-1时最能保证H₂S的脱除效率。为降低工艺成本,最低可采用0.33 g·L^-1为运行浓度。该优化方案不仅保证了菌体的Fe²⁺氧化活性,而且有效地减少了菌体培养过程中沉淀的产生,获得了较高的Fe³⁺生成量和增速,为使用含硫酸亚铁废溶液处理H₂S的工艺条件优化提供了依据。     

无氟无铵铝合金表面预处理新工艺

针对铝合金表面预处理过程存在污染严重、水耗高等问题,研究开发无氟无铵铝合金表面预处理新工艺。考察了碱性药剂配方组成及浓度、温度和时间对铝耗和铝合金表面形貌的影响,并通过正交实验确定了新工艺的优化方案。研究结果表明,经过“预处理-中和”两个步骤,铝合金表面平整、起砂细腻,铝耗仅为 2.0%。新工艺起砂效果优于传统碱蚀工艺,与传统酸蚀工艺细腻砂面相近。新工艺铝耗比传统碱蚀工艺降低约71%,与传统酸蚀工艺相近。新工艺操作时间比传统碱蚀工艺和酸蚀工艺分别缩短了23%和31%。最佳药剂配方为Na₂CO₃（80 g·L^-1）, NaOH（8 g·L^-1）,Na₂SO₄（25 g·L^-1）, Na₃PO₄（20 g·L^-1）, SDS（0.6 g·L^-1）, 甘油（5 g·L^-1）。 最佳操作条件为55℃和10 min。新工艺不仅从工艺源头消除了氟和氨氮污染,还实现了除油-起砂-去机械纹等多功能一体化集成。具有低污染、低铝耗、低水耗、短流程、高效率等优点,兼具环境友好和资源节约等优势。     

低有机质污泥投加药剂联合低温热水解及后续厌氧发酵研究

污水厂污泥量日益增加,所含的有机物可用于厌氧发酵产甲烷,但目前多数污水处理厂多为低有机质污泥。本文围绕低有机质污泥投加不同药剂联合低温热水解对污泥溶解性物质变化及厌氧发酵规律的影响情况进行研究。结果表明,投加药剂联合低温热水解不仅有助于有机物[可溶糖、可溶蛋白和TVFA（挥发性有机酸（]的溶出与生成,而且有助于后续厌氧发酵产甲烷。在本实验所研究的低温热水解（污泥含固率为8%,热水解处理温度为90℃,处理时间为24 h）及药剂投加量[NaOH：0.018 g·（g DS（^-1、Ca（OH（₂：0.016 g·（g DS（^-1、CaCl₂：0.0375g·（g DS（^-1]的条件下,有机物溶出与生成的效果为NaOH> Ca（OH（₂> CaCl₂,其中热水解联合NaOH中可溶糖、可溶蛋白和TVFA浓度分别达到3051 mg·L^-1、10686 mg·L^-1和5740 mg·L^-1。对于产甲烷促进效果为NaOH> CaCl₂> Ca（OH（₂,其中投加NaOH后最大累积产甲烷量可达到101.9 ml·（g VS（^-1。     

自产气气提与纤维床反应器耦合发酵生产丁醇

采用发酵产物中的二氧化碳（CO₂）和氢气（H₂）作为循环气提气源,对丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum CGMCC 5234）发酵产物进行原位气提,实现丙酮、丁醇和乙醇混合物（ABE）的连续纤维床固定化发酵生产。连续发酵实验进行了12批次共309 h,总溶剂ABE当量浓度为133.3 g·L^-1（其中丁醇 83.5 g·L^-1,丙酮38.4 g·L^-1,乙醇11.4 g·L^-1）,葡萄糖消耗率为1.29 g·（L·h） ^-1,总溶剂ABE产率为0.431 g·（L·h） ^-1,转化率为0.333 g·g^-1,其中丁醇产率为0.270 g·（L·h） ^-1,转化率为 0.209 g·g^-1,发酵液中丁醇浓度控制在8～12 g·L^-1,显著优于游离发酵的结果。气提提取之后冷凝的ABE溶液出现分层现象,其中丁醇相丁醇浓度高达603.7 g·L^-1,极大地减缓后续分离提纯的负担。结果表明,自产气循环气提与纤维床固定化耦合连续发酵生产ABE（特别是丁醇）的工艺具有可行性和竞争力。     

聚丙烯酸钠包覆Fe3O4磁性交联聚合物的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能

采用溶液分散聚合和Ca²⁺表面交联制备了聚丙烯酸钠包覆Fe₃O₄的磁性交联聚合物（CPAANa@Fe₃O₄）,对其进行了XRD、FT-IR、SEM和TGA等表征。以CPAANa@Fe₃O₄为吸附剂研究了CPAANa@Fe₃O₄对水溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的静态吸附,考察了溶液pH、吸附剂投加量、金属离子初始浓度对吸附的影响。结果表明：CPAANa@Fe₃O₄在pH 2～6范围内均具有较好的吸附性能,当吸附剂投加量分别为1.0 g·L^-1和1.6 g·L^-1时对初始浓度分别为200 mg·L^-1的Pb²⁺和100 mg·L^-1的Cd²⁺的去除率达到最大,可使Pb²⁺实现达标排放（GB 8978-1996）;CPAANa@Fe₃O₄对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学符合准二级模型,吸附等温线符合Langmuir模型,对Pb²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为454.55 mg·g^-1和275.48 mg·g^-1。将CPAANa@Fe₃O₄用于处理实际电解矿浆废水,发现能有效吸附其中的Pb²⁺和Cd²⁺,具有潜在实用价值。     

草酸水解甜高粱秸秆渣的Saeman动力学模型

利用草酸作为催化剂水解甜高粱秸秆渣制备木糖,测定了不同温度下的木糖收率和副产物糠醛产量;依据半纤维素水解的Saeman模型,计算得到了木聚糖水解和木糖降解的动力学数据,其活化能分别为5.89×104,1.38×104J/mol。分析结果表明:木聚糖水解反应速度快,但是生成的木糖容易发生降解;模型最优化反应条件为125℃和77min,实验得到的木糖收率为52.11%。草酸作为一种有机酸,能够用于催化半纤维素水解制备木糖,副产物糠醛的产率较低。     

ORP调控对马克斯克鲁维酵母发酵纤维素水解液的影响

采用通气的方式进行氧化还原电位（oxidation-reduction potential,ORP）调控,研究在添加抑制物条件下Kluyveromyces marxianus 1727-5利用葡萄糖、木糖以及两者混合体系的发酵性能,在此基础上考察了ORP调控策略对玉米秸秆水解液发酵的影响。研究结果表明：在调控ORP策略下,多种混合抑制物对酵母生长代谢造成的损害得以有效改善,细胞活性高,木糖、葡萄糖代谢速率加快。葡萄糖与木糖共发酵时,ORP调控至-150 mV时,葡萄糖发酵时间缩短近30%,木糖醇浓度由3 g·L^-1增加到10 g·L^-1。ORP调控策略也同样能有效缓解玉米秸秆水解液中较高浓度的多种抑制物对酵母细胞的胁迫,ORP为-100 mV时,相比于对照组,在保持终点乙醇不变的情况下,葡萄糖的发酵时间缩短了22%;木糖消耗由4.88 g·L^-1增至10.27 g·L^-1,木糖醇得率也由0.20 g·g^-1提高至0.48 g·g^-1。     

基于流动注射光度法同时测定催化剂浸渍液中CoO/MoO3

基于Mo（Ⅵ）-抗坏血酸、Co（Ⅱ）-KSCN反应体系和流动注射光度法,建立了一个全新的催化剂浸渍液中超高浓度CoO/MoO₃的同时测定系统。研究发现：Co（Ⅱ）与KSCN络合物是由K₂Co（SCN）₄和K₄Co（SCN）₆构成,利用后者可定量Co（Ⅱ）;Co（Ⅱ）对Mo（Ⅵ）-抗坏血酸反应有抑制作用,会干扰Mo（Ⅵ）测定;本研究利用Co（Ⅱ）的抑制作用,人为在测Mo（Ⅵ）的显色剂中加入一定量的硝酸钴,解决了该干扰问题。另外,对测定Co（Ⅱ）/Mo（Ⅵ）用的显色剂中的成分及浓度、进样体积、反应温度等相关影响因素进行了优选,得到的结果是：测定Mo（Ⅵ）的显色剂由15%（质量分数）抗坏血酸、10 g·L^-1硝酸钴（以CoO计）及0.1 mol·L^-1硫酸组成,测定Co（Ⅱ）的显色剂由37.5% KSCN、0.1 mol·L^-1 NaAc-HAc（pH 5.8）组成;MoO₃和CoO的测定范围分别为10~100 g·L^-1和5~50 g·L^-1,检出限分别为2.1 g·L^-1和1.3 g·L^-1,RSD<1.2%（n=11）,回收率为98%~104%,分析速度为20样/小时。     

固定床生物反应器模拟溶浸采铀吸附尾液中Fe2+的氧化试验

以活性炭作载体固定嗜酸氧化亚铁硫杆菌,构建固定床生物反应器,模拟溶浸采铀矿山吸附尾液全Fe浓度和溶液pH条件,对生物反应器氧化Fe²⁺工艺参数进行了试验研究。结果表明:活性炭作载体比无载体时生物反应器氧化Fe²⁺速率增加了1.4倍,由0.5 g·L^-1·h^-1增大至1.2 g·L^-1·h^-1;生物反应器运行过程中溶液中全Fe因生成铁钒而不断消耗,需要定期清理反应器中的铁矾和补充FeSO₄以保持溶液中全Fe浓度;生物反应器最优的操作条件是:底部通气,Fe²⁺浓度为5 g·L^-1时,溶液流量为1.2~1.4 L·h^-1;Fe²⁺浓度为1 g·L^-1时,溶液流量为5.4 L·h^-1。     

高温液态水中甜高粱渣半纤维素水解及其机理

为了回收甜高粱渣中的半纤维素衍生糖并了解其水解机理,在自行设计的Flowthrough反应器中对甜高粱渣进行了高温液态水水解,分别考察了不同反应温度和反应液流量下水解液中产物的生成情况。研究表明,相对葡萄糖和阿拉伯糖而言,木糖的生成受反应温度和反应液流量影响更大。温度高于195 ℃时糖降解加剧,总木糖浓度不断降低;低流量（5 ml?min-1）条件下生成的木糖不能被及时排出而进一步降解。通过产物分析可知,甜高粱渣半纤维素中含有典型的O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸基阿拉伯糖基木聚糖结构,木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、各种低聚糖、乙酸和葡萄糖醛酸等是半纤维素水解的直接产物,糠醛和5-羟甲基糠醛等是糖类的降解产物, 甲酸等小分子酸是它们的进一步降解产物。     

催化湿式氧化法和厌氧发酵法联用处理异佛尔酮废水

分别以沉淀法、共沸蒸馏法和高温老化法制备ZrO₂载体,采用等体积浸渍法制备Ru/ZrO₂催化剂,用于催化湿式氧化法处理异佛尔酮废水。研究了反应温度、催化剂用量及反应时间对异佛尔酮废水乙酸浓度、COD去除率、TOC去除率及废水可生化性的影响。废水经催化湿式氧化处理的中间产物主要为乙酸,可由产甲烷菌转化为甲烷。结果表明,提高反应温度、增加催化剂用量及延长反应时间均可提高异佛尔酮废水COD去除率、TOC去除率及废水可生化性。在270 ℃、氧分压2.5 MPa和催化剂用量9 g·L^－1条件下,超过180 min异佛尔酮废水COD及TOC去除率分别可达90.4%和84.9%。在270 ℃、氧分压2.5 MPa和催化剂用量1 g·L^－1反应条件下,120 min时异佛尔酮废水乙酸浓度最大,为5 582.98 mg·L^－1。催化湿式氧化处理后出水利用产甲烷菌进行厌氧发酵,反应9天产甲烷体积达到最大值820 mL。     

乙酸预浸对玉米秸秆蒸汽爆破预处理的影响

对经乙酸预浸汽爆预处理的玉米秸秆进行了组分含量和抑制物分析,并研究了玉米秸秆预处理后的酶水解性和同步糖化发酵。与未经乙酸预浸相比,乙酸预浸玉米秸秆能在相对低温下进行汽爆预处理,在提高半纤维素水解程度的同时,并不会明显增加糠醛等发酵抑制物。酶水解实验表明,玉米秸秆经乙酸预浸,再以 200 ℃ 进行汽爆后的酶水解效果较好,每克原料可获得 284 mg 葡萄糖,提高了 10.2 %,为理论值的 76.8 %;乙酸预浸玉米秸秆经过 96 h 同步糖化发酵,获得了 22.5 g/L 的乙醇浓度,为理论值的 72 %;相比未经乙酸预浸的玉米秸秆,提高了11.9个百分点。     

Statistical methodology for optimizing the dilute acid hydrolysis of sugarcane bagasse

In converting advanced biomass to fuel, one pretreatment that has been extensively explored is a high temperature, dilute-sulfuric acid (H₂SO₄) process. This effectively hydrolyzes the hemicellulosic portion of the lignocellulosic biomass to fermentable sugars. Our aim was to optimize the concentration of sulfuric acid and residence time to release xylose from the hemicellulose of sugarcane bagasse. According to response surface methodology (RSM), the optimum concentrations and residence time were determined. The experimental maximum yield for xylose production was found to be 78.9% at 170 °C, 0.24% acid, for 15 min, and 76.4% at 200 °C, 0.22% acid, for 6 min. The predicted maximum yield obtained for the fitted model was found to be 80.3% and 78.1% for the conditions stated above, respectively. The experimental yield was around 1.5% lower than that of the predicted yield. It was confirmed in this study that pentose sugars (xylose and arabinose) derived from hemicellulose fraction were further degraded. The statistical optimization method, which incorporates reaction time, temperature and acid concentration, did prove to provide a useful means of trading off the combined effects of these three variables on total xylose recovery yields.     

双极膜电渗析法分离发酵液中乳酸及离子迁移规律

考察了双极膜电渗析法分离酒糟发酵液中乳酸的影响因素,结果表明:当进料浓度13.5 g·L^-1,工作电压27 V,进料浓度比1.3,流量20 L·h^-1,电渗析10 h,产品罐中的乳酸浓度增加至20.95 g·L^-1,是电渗析前进料罐中的乳酸浓度的1.6倍,具有显著的浓缩效果.酸根离子迁移规律的研究表明,乳酸根离子的迁移速率明显高于其他酸根离子,且丙酸和乙酸的乳酸分离率相对较低.     

醋酸水解玉米芯中木聚糖的动力学

利用醋酸作为催化剂水解玉米芯中半纤维素来制备还原糖,测定了温度在160-200℃、固液质量比为1∶15、搅拌速度为500 r/min下,不同水解时间水解液中还原糖的收率以及副产物糠醛的收率.利用半纤维素高温液态水的Garrote模型拟合还原糖生成过程.实验表明,该模型能够较好地描述还原糖生成过程以及副产物糠醛的产生过程...     

小麦秸秆水热预处理半纤维素降解动力学研究

水热预处理是木质纤维素原料高效能源转化的主要工艺流程之一，但是以小麦秸秆为原料的水热预处理的反应路径与反应机理仍有研究不足之处, 制约该预处理过程的优化及实际生产应用。本文以小麦秸秆为研究对象，实验研究了木质纤维素水热预处理过程反应动力学。研究发现，在水热预处理过程中，小麦秸秆的主要降解过程是半纤维素降解产生低聚木糖、木糖以及糠醛的过程，半纤维素在水热过程中几乎完全降解。随着预处理温度的升高，水解液中低聚木糖和木糖的浓度降低，而糠醛的浓度增加；随着保温时间的延长，低聚木糖与木糖的浓度先增加后减小，糠醛的浓度会趋于稳定。根据实验结果提出反应路径并拟合获得动力学速率常数和反应活化能，所获的动力学模型可以很好地解释反应物浓度的变化，与实验数据吻合良好。该模型可以为小麦秸秆水解预处理系统的设计提供参考。     

Fractionation of barley straw with dilute sulfuric acid for improving hemicellulose recovery

Dilute acid fractionation of barley straw improves dissolving hemicellulose fraction of the straw, while leaving the cellulose more reactive and accessible to enzyme as a strategy of pretreatment. To characterize the fractionation process, the effects of the acid concentration, temperature and reaction time on the hemicellulose removal as well as on the formation of by-products (furfural, 5-hydroxymethylfurfural and acetic acid) were investigated. The optimum fractionation conditions of barley straw were 1% (w/v) concentration of sulfuric acid, 158 °C of reaction temperature and 15 min of reaction time. Under the optimum conditions, 87% of xylan was hydrolyzed and recovered in liquid hydrolyzate, which was 7% higher than that of the predicted yield. The hydrolyzate contained glucose 2.44 g/L, arabinose 1.70 g/L, xylose 13.41 g/L, acetic acid 1.55 g/L, levulinic acid 0.03 g/L, 5-HMF 0.03 g/L and furfural 0.75 g/L.     

蔗髓水解生产木糖工艺研究

用盐酸水解蔗髓中的半纤维素,考察了不同盐酸浓度、固液比、水解时间及温度对蔗髓水解条件的影响,并确定出最佳的水解条件为：盐酸浓度1．09％、固液比1：8、水解时间120min、水解温度105℃,此条件下制备木糖得率为6．7％。