无污染秸秆汽爆新技术及其应用

基于秸秆与木材在化学组成和结构上的差异,提出对秸秆不加任何化学药品的低压爆破技术。在研究秸秆无污染汽爆作用机制的基础上,开发出了无污染汽爆技术清洁制浆、大麻清洁脱胶、秸秆制备腐植酸和活性低聚木糖等一系列创新方法。该技术不仅在秸秆综合利用上得到应用,而且还可应用于烟草加工、造纸工业、中草药提取和麻纤维清洁脱胶等行业。     

汽爆玉米秸秆脱毒及发酵丁醇工艺的实验研究

研究了不同脱毒方法对汽爆玉米秸秆发酵产丁醇的影响及发酵工艺。实验共考查了十种不同的脱毒工艺路线,结果表明:汽爆玉米秸秆经水洗预处理脱毒后,经酶解、离心去除沉淀物,并补加营养物质是一条较佳的工艺路线。在此基础上,进一步利用单因素实验和正交实验,考察了发酵温度、pH值、接种量、菌种种龄、培养基组成、发酵时间对丁醇发酵的影响,得到较优的丁醇发酵工艺条件为,发酵温度37℃,pH7.0,接种量7%,菌种种龄27h,培养基组成:酵母抽提物1.0g·L-1、KH2PO40.8g·L-1、MgSO4·7H2O 0.1g·L-1、(NH4)2SO42.0 g·L-1、FeSO4.7H2O 0.03g·L-1、尿素2.0g·L-1,发酵时间48 h。在此优化条件下,发酵液中起始糖浓度为50g·L-1时,丁醇的发酵浓度达到了9.42g·L-1。     

玉米秸秆氨化汽爆处理及其固态发酵

在加氨条件下对玉米秸秆进行了汽爆处理(简称氨化汽爆)和固态发酵. 结果表明: 氨化汽爆同样可使秸秆中的半纤维素降解,并使玉米秸秆的酶解率提高到42.97%, 同时可使秸秆的有机氮含量提高1.27倍. 利用氨化汽爆秸秆进行固态发酵,可提高蛋白含量到23.45%,比不加氨汽爆的玉米秸秆提高了1倍. 而加过氧化氢的氨化汽爆不利于微生物发酵.     

汽爆秸秆处理含Fe(Ⅲ)废水的研究

采用静态和动态两种吸附方式 ,对汽爆秸秆吸附Fe(Ⅲ )的性能及动力学特性进行了研究。结果表明 ,在水样pH值为 2 .0 ,离子浓度为0 .42g/L时 ,汽爆秸秆对Fe(Ⅲ )离子的吸附效率为 71 .63% ,当流速为3mL/min时 ,动态饱和吸附量为 6.5 7mg/g。发现吸附过程符合Freundlich等温吸附曲线 ;并在此基础上求出吸附动力学方程式     

汽爆秸秆膜循环酶解耦合丙酮丁醇发酵

利用新型的汽爆玉米秸秆膜循环酶解耦合发酵系统进行了丙酮丁醇发酵的研究,并对使用该系统所导致的丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum AS1.132)代谢的变化进行了讨论. 在稀释率为0.075 h-1的条件下,丁醇的产量为0.14 g/g (纤维素+半纤维素),最大丁醇产率达到0.31 g/(L×h),溶剂组成为丁醇:丙酮:乙醇65.3:24.3:10.4(体积比),纤维素和半纤维素的转化率分别为72%和80%,使用单位纤维素酶所产生的丁醇量为3.9 mg/IU,是分步水解批次发酵的1.5倍. 利用该系统使酶解和发酵分别在各自最适的条件下同时连续进行,减少了纤维素酶的用量,有效地解除了酶解产物对纤维素酶的抑制作用,并减轻了溶剂产物尤其是丁醇对微生物活性的影响,延长了发酵周期.     

变温调控对汽爆秸秆发酵产氢的影响

在以汽爆秸秆为原料,利用丁酸梭菌(Clostridium butyricum)同步糖化发酵产氢的过程中,存在着纤维素酶解和微生物发酵的最适温度不一致的矛盾,影响底物的转化和微生物利用。在发酵开始 10 h 和 30 h 的时候,分别进行两次变温调控,首先迅速升温至 45℃,保持 2 h 后又迅速将温度降低回到丁酸梭菌的最适发酵温度 35℃。这一变温调控能够促进纤维素酶解,并有利于微生物保持高活性。与恒温发酵相比,两次变温的最终产氢量提高1.2倍,纤维素和半纤维素的转化率分别为 75%和 88%。     

微波-酸化汽爆木质纤维素预处理试验研究

为提高木质纤维素预处理的原料利用率及经济效益,提出了微波-酸化汽爆预处理并对其进行了试验研究。以玉米芯为例,对比研究了木质纤维素类原料微波-酸化汽爆预处理和酸化汽爆预处理后水解液中糖的相对比例,分析了残余固形物中纤维素的含量,讨论了微观结构的变化情况,优化了前者的微波处理功率和微波处理时间。试验结果显示,相比酸化汽爆预处理,微波-酸化汽爆预处理后水解液中糖的相对比例更高;在压力不足以使纤维素降解时,残余固形物中纤维素的含量更高;原料微观结构更加疏松多孔,比表面积更大;随着微波处理功率增大和微波处理时间延长,水解液中木糖和总糖的相对比例以及残余固形物中纤维素相对比例均先增大后减小。研究结果为原料利用率更高、成本更低的木质纤维素预处理技术的开发提供了新的思路。     

中性纤维素酶糖化中性汽爆玉米秸秆工艺优化

提出一种在非缓冲系统中水解中性汽爆秸秆的工艺。首先选取具有较好协同降解木质纤维素能力的特异腐质霉(Humicola insolens)所产中性纤维素酶进行工艺优化,确定其水解工艺可以在非缓冲体系中进行。在此基础上,通过添加β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、漆酶和表面活性剂与中性纤维素酶制剂中进行复配后在非缓冲体系中(自然pH值)水解中性汽爆秸秆,并用分批加酶水解提高了复合酶的酶解效率。结果表明,每克中性汽爆秸秆底物中加入10 FPU中性纤维素酶,75 IU β-葡萄糖苷酶,3 000 IU木聚糖酶和体积分数为0.5 % Triton-100,以100 g/L底物浓度水解120 h后,综合水解率为48.4 %。每克底物中复合酶以15+5 FPU,分批加酶水解120 h后综合水解率、纤维素水解率和半纤维素水解率分别为56.0 %、64.9 %和42.5 %。这有助于拓宽木质纤维素糖化工艺研究的思路,为木质纤维素材料高效糖化及后续乙醇发酵提供参考。     

溶剂脱毒汽爆玉米秸秆对酶解以及发酵的影响

以脱毒对酶解及发酵的影响为研究对象,以酶解还原糖得率及发酵乙醇质量浓度为指标,采用溶剂萃取的方法对无催化汽爆玉米秸秆进行萃取脱毒。结果表明,酶解还原糖得率随着萃取剂及萃取方式介于34.85%和89.7%,酶解还原糖得率和发酵乙醇质量浓度与脱毒有机溶剂的沸点高度负相关,表明有机溶剂的残留是导致酶失活的主要原因。而对于所考察的溶剂,乙醇产率为0.47～0.49 g乙醇/g还原糖,表明有机溶剂残留对乙醇发酵并无显著影响。采用乙醚和丙酮的组合萃取,乙醇最高产率可以达到理论值的96.1%。     

高效协同酶解中性汽爆玉米秸秆的工艺优化

玉米秸秆是我国主要的农业废弃物之一,在木质纤维素乙醇领域具有广阔的应用前景。而玉米秸秆预处理和酶法糖化成本过高是目前工艺中的重点和难点之一。从4种纤维素降解酶制剂中优选出对中性汽爆玉米秸秆有最佳协同效果的木霉和黑曲霉纤维素酶制剂（6∶4体积比混合）。在此基础上,评估了木聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、β-葡聚糖酶、漆酶、锰过氧化物酶等酶制剂,聚乙二醇-4000、吐温-80、牛血清白蛋白等非酶因子对糖化效率的影响,得到了一组高效协同降解汽爆玉米秸秆的复合酶体系,并获得了适宜的糖化工艺。结果表明,以每克中性汽爆预处理的玉米秸秆为底物,加入10FPU木霉/曲霉混合酶液,并添加1000IU的木聚糖酶和0.05 g PEG4000,于50℃/150 r·min^-1相似文献   

稀硫酸预浸渍对玉米秸秆蒸汽爆破预处理的影响

为提高纤维素乙醇生产中传统蒸汽爆破预处理的效果,以稀硫酸（质量浓度0．2％）对玉米秸秆进行预浸渍,再于190～210℃对其进行汽爆预处理。结果表明：稀硫酸预浸渍有利于增强汽爆过程中半纤维素的水解程度,并能有效减少乙酸的生成;200℃预处理玉米秸秆经过96h同步糖化发酵,最终乙醇浓度为22．5g·L-1,为理论值的76％,较预浸渍前（19．0g·L-1）明显提高。稀硫酸预浸渍能够增强玉米秸秆的汽爆预处理效果。     

双螺杆挤出实验中影响螺杆填充率的相关因素

利用双螺杆挤出实验中的实验数据曲线,对影响螺杆填充率的诸相关因素进行分析。在螺杆几何结构及螺杆元件组合形式确定之后,不同的操作工况条件下对应有不同的螺杆最大允许填充率,在正常操作中,螺杆的填充率不能大于最大允许值。     

碳酸钠―蒸汽爆破预处理对麦草化学成分及酶水解效率的影响

研究了碳酸钠―蒸汽爆破预处理对麦草化学成分及后续酶水解的影响。结果表明,预处理麦草浆料中木质素含量随预处理中碳酸钠用量的增大而下降,木聚糖和阿拉伯聚糖含量随碳酸钠用量的增大而上升。当碳酸钠用量增加到8%以后,继续增加碳酸钠用量,预处理麦草浆料中的葡聚糖、木聚糖、阿拉伯聚糖和木质素含量基本保持稳定。酶用量较低时,不添加碳酸钠的预处理麦草浆料酶水解葡聚糖得率最大。除不添加碳酸钠的预处理外,酶水解葡聚糖和总糖得率随木质素含量下降而提高。提高酶用量后木质素含量对预处理麦草浆料酶水解葡聚糖得率的影响变缓。     

响应面法优化水/醇处理后汽爆玉米秸秆酶解的研究

为了提高水/醇处理后汽爆玉米秸秆的酶解还原糖产率,对其酶解条件进行了优化。通过响应面优化法确定了底物浓度为53.28g/L,纤维素酶用量为53.32FPU/g,酶解时间为60.45h时,还原糖产率可达672.36mg/g,与秸秆物料及汽爆后物料相比,酶解还原糖产率分别提高了179.21%和37.29%。化学组分及结构形貌分析表明：水/醇处理后物料纤维素含量显著增加,X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果表明经过水/醇处理后物料相对结晶度增高,但结构更有利于纤维素酶分子的吸附。     

响应面法优化水/醇处理后汽爆玉米秸秆酶解

为了提高水/醇处理后汽爆玉米秸秆的酶解还原糖产率,对其酶解条件进行了优化。通过响应面优化法确定了底物质量浓度为53.28 g/L,纤维素酶用量为53.32 FPU/g,酶解时间为60.45 h时,还原糖产率可达672.36mg/g,与秸秆物料及汽爆后物料相比,酶解还原糖产率分别提高了170.46%和28.97%。化学组分及结构形貌分析表明,汽爆水/醇处理后物料纤维素含量显著增加,物料相对结晶度增高,其结构更有利于纤维素酶分子的吸附。     

玉米秸秆蒸爆渣的氨基酸辅助纤维素酶水解

以商品纤维素酶C2730酶解玉米秸秆蒸汽爆破渣,研究了不同氨基酸、氨基酸浓度、温度对水洗蒸汽爆破渣纤维素酶水解的影响,优化纤维素酶水解条件,提高纤维素酶水解得率。实验结果表明,纤维素酶水解蒸汽爆破渣的优化氨基酸为苯丙氨酸,优化水解条件为每克纤维素酶用量15FPIU,苯丙氨酸质量浓度为1.5 g/L,温度为50℃,水解时间为48 h,还原糖和葡萄糖得率分别为51.38%和36.78%。     

玉米秸秆厌氧发酵制氢的实验研究

在小试和批试实验结果的基础上,以牛粪堆肥作为菌种来源,玉米秸秆作为发酵底物,进行了30 L规模的放大实验研究。主要考察了菌种接种龄对产氢效果的影响、最佳初始有机负荷、反应过程中菌种的生长曲线及底物的代谢特征,并有液相末端发酵产物确定发酵类型。结果表明：在实验条件下,菌种的最佳接种龄为18 h,最佳初始启动负荷为8 105 mg/L,秸秆的最大产氢能力可达到220 mL/g,COD的去除率可达到57%,稳定期细胞浓度维持在3.8 g/L左右,发酵类型为乙醇型发酵。     

蒸汽爆破膨化改性对玉米秸秆结构及复合板机械性能的影响

将玉米秸秆通过单螺杆式蒸汽爆破的方式进行膨化,得到不同类型膨化玉米秸秆,再与聚丙烯树脂(PP)复合制备复合板材。通过扫描电子显微镜(SEM)、反射红外(ATR-FTIR)、热重分析(TGA)、差式扫描量热(DSC)及鲍尔纤维筛分等测试,分析了秸秆膨化前后的纤维变化情况等。分析结果表明：SEM显示通过蒸汽爆破膨化机处理过的玉米秸秆能够有效进行“三素分离”,使得玉米秸秆表面结构由规整变成纤维状和粉末碎片,并且TGA、DSC和ATR-FTIR测试结果显示：在膨化过程中纤维素结构无变化,而半纤维素和木质素发生了部分的热分解。对膨化玉米秸秆与PP复合制备的复合板材的力学性能测试发现：与未膨化玉米秸秆(CS)制备的板材相比,膨化玉米秸秆(SECS)制备的板材的冲击韧性强度和拉伸强度分别增加15.69%和17.24%,而与SECS制备的复合板材的性能相比,分别经苯乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物修饰的膨化玉米秸秆制备的复合板材的冲击韧性强度分别增加了156.74%和100.98%,拉伸强度分别提高了83.42%和12.03%。