秸稈類生物質超微預處理技術及其產氫可行性研究.pdf

1、纖維素類生物質資源量豐富，可通過直接或間接發(fā)酵途徑轉化產氫，因此在我國研究開發(fā)秸稈類生物質的纖維素的轉化技術并將其用于產氫具有較大的優(yōu)勢，對開發(fā)替代能源，保護生態(tài)環(huán)境具有非常重要的現(xiàn)實意義。用秸稈來發(fā)酵產氫的瓶頸就在于秸稈中木質纖維素的水解，預處理是水解前的關鍵環(huán)節(jié)，是秸稈類生物質產氫經濟性的重要制約因素，因此有必要對不同類型秸稈類生物質的纖維素結構，及秸稈類生物質超微預處理工藝進行系統(tǒng)的研究。
　　 本論文在是國家自然科學基金

2、項目“超微化秸稈類生物質光合連續(xù)產氫過程及代謝熱研究”(項目編號：50976029)的資助下完成的。利用還原糖得率作為考察指標，優(yōu)化了秸稈類生物質超微預處理工藝，并借助掃描電子顯微鏡和紅外光譜、X射線衍射等技術分析了超微粉碎后原料表面形貌及組成、結構的變化，綜合各方因素，確定了以秸稈類物質作為產氫原料的最佳原料類型和最佳預處理條件，將超微后底物進行產氫實驗，進一步驗證了超微預處理酶解用于產氫技術的技術可行性，最后，對超微預處理用于光合產

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

4、從正交實驗設計，對產氫用秸稈類生物質超微預處理工藝進行優(yōu)化，找出了各因素對還原糖得率的影響主次關系依次為：球料比、球磨時間、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。由正交驗證實驗結果可知，較適宜的超微預處理工藝為，原料初始粒徑為0.45mm，球料比20:1，球磨時間為2h。
　　 (3)由FTIR分析，可知不同類型秸稈類生物質經過球磨預處理后，纖維素、半纖維素和木質素各組分均不同，且吸光度也有明顯差別。對

5、球磨超微粉碎后的玉米秸稈及玉米芯試樣進行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的纖維素結晶度，玉米秸稈和玉米芯的衍射峰位置基本一致。對超微粉碎后的玉米秸稈及玉米芯試樣進行SEM表征分析，可知球磨超微粉碎使其細胞壁被有效打開，微觀結構發(fā)生了顯著改變，有效表面積增大，結構變得疏松多孔。通過對正交試驗過程中球磨后各組玉米芯的粒徑分布范圍進行分析，得出，粒徑范圍的變化總體

6、上與還原糖得率的關系為，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，驗證了粒徑大小對超微秸稈類生物質酶解產糖效果具有顯著影響。對各組球磨后玉米芯的比表面積進行分析，并結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液接種光合產氫菌進行代謝產氫，各類秸稈的累積產氫量大小規(guī)律與其酶解得糖率規(guī)律一致，說明秸稈類生物質酶解所產糖類能有效用于光合生物