预处理方法对玉米秆厌氧发酵制氢的影响研究

摘要

利用厌氧发酵技术将废弃玉米秆转化为氢气，既有利于环境治理，又能制备清洁能源，是一项集社会效益、经济效益和环境效益为一体的新型环保产业。
　　 本研究以活性污泥作为厌氧发酵产氢菌来源，与预处理好的底物玉米秆混合进行厌氧发酵，以累积氢产量、平均产氢速率和氢气百分含量为主要考察目标，研究预处理方法对玉米秆厌氧发酵制氢的影响。
　　 鉴于玉米秆木质纤维素的结构复杂性和难降解性，本文使用氨水和硫酸对其进行预处理，并采用高温高压以及超声分别与氨水和硫酸协同作用。系统考察预处理试剂浓度、浸泡时间、液固比、高温高压(HTHP)处理温度、高温高压(HTHP)处理时间和超声时间等因素对玉米秆底物发酵产氢能力的影响。实验在发酵温度38℃，初始pH值7.0，底物浓度15 g·L-1的条件下进行，得到最理想的条件为：用2.0％的硫酸以液固比(硫酸mL/玉米秆g)20∶1的比例浸润玉米秆，超声1.5 h后发酵产氢，累积氢产量为142.59mL·g-1-CS。该结果比氨水处理玉米秆的最佳发酵产氢能力(115.20 mL·g-1-CS)提高了23.78％，是空白玉米秆的发酵产氢能力(15.33 mL·g-1-CS)的9.3倍。此时平均产氢速率和氢气百分含量分别为17.03 mL·g-1-CS·h-1和51.49％。
　　 本研究还对各种预处理实验情况做了对比，并将不同方法预处理过的玉米秆做了扫描电镜分析(SEM)。结果说明超声协同硫酸预处理对玉米秆结构的破坏性最大，纤维素和半纤维素的利用率大大提高，这和发酵产氢的结果相一致。实验同时对发酵尾液做了液相成分测定，初步认为发酵主导类型为乙醇型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.1.1国内外能源现状

1.1.2氢能源特点

1.2制氢技术的现状与发展

1.2.1制氢技术

1.2.2生物制氢分类

1.2.3厌氧发酵生物制氢

1.3生物质资源

1.3.1生物质组成

1.3.2生物质预处理技术

1.4本文选题和工作内容

参考文献

第二章实验运行

2.1实验材料

2.2实验试剂和仪器装置

2.3实验参数确定

2.3.1发酵温度的确定

2.3.2底物浓度的确定

2.3.3初始pH值的确定

2.3.4实验指标

2.4实验方法

2.4.1菌种来源及富集

2.4.2实验流程及装置维护

2.5分析方法

2.5.1气相产物组分分析

2.5.2液相产物组分分析

参考文献

第三章氨水预处理玉米秆

3.1氨水预处理概述

3.2氨水浸泡预处理玉米秆

3.2.1氨水浓度对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

3.2.2氨水浸泡时间对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

3.2.3液固比(氨水mL/玉米秆g)对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

3.3高温高压(HTHP)协同氨水预处理玉米秆

3.3.1高温高压(HTHP)处理方法概述

3.3.2 HTHP处理温度对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

3.3.3 HTHP处理时间对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

3.4本章小结

参考文献

第四章稀硫酸预处理玉米秆

4.1硫酸预处理概述

4.2高温高压(HTHP)协同硫酸预处理玉米秆

4.2.1硫酸浓度对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

4.2.2 HTHP处理温度对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

4.2.3 HTHP处理时间对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

4.3超声协同硫酸预处理玉米秆

4.3.1超声方法概述

4.3.2超声时间对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

4.3.3液固比(硫酸mL/玉米秆g)对玉米秆厌氧发酵制氢的影响

4.4本章小结

参考文献

第五章玉米秆厌氧发酵制氢实验对比研究

5.1不同预处理方法下玉米秆厌氧发酵制氢结果对比

5.1.1玉米秆预处理前后扫描电镜形貌图(SEM)对比

5.1.2发酵液相成分分析

5.2两种污泥处理方法下玉米秆厌氧发酵制氢结果对比

5.3本章小结

参考文献

第六章结论和建议

6.1结论

6.2问题和展望

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢