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《华南理工大学》 2011年
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再生植物纤维厌氧发酵生物制氢试验研究

章佩丽  
【摘要】:基于环境污染和能源短缺的双重危机,发展清洁的可再生新能源的要求越来越迫切,氢能正是这种理想的可再生能源。以再生植物纤维为原料进行厌氧生物制氢,不仅可以充分利用废弃的生物质资源、保护环境,还可以产生能源,具有巨大的环境效益和社会效益。本文针对再生植物纤维OCC物理化学特性,探索了OCC的稀硫酸、氢氧化钠、微波三种预处理方法的工艺条件、厌氧发酵产氢过程中环境因素对产氢效率的影响,并对其微观形貌结构进行观察,探讨纤维素类原料厌氧发酵产氢机理。 论文对再生植物纤维进行了成分分析,测定了再生植物纤维的主要化学成分和单糖组成,结果表明:再生植物纤维纤维素含量高,半纤维素、木质素含量低,分别为64.38%,13.24%,3.65%;其水解液单糖结构以葡萄糖、木糖为主,葡萄糖占37.2%,木糖占14.6%,具有进行生物质转化的发酵潜力。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和原子力显微镜(AFM)对再生植物纤维的微观形态进行观察,发现OCC纤维排列有序,结构紧密,应通过预处理破坏其结构以提高发酵转化的效率。 采用稀硫酸、氢氧化钠、微波三种预处理方法,以还原糖得率为指标,对预处理工艺进行了优化。稀硫酸预处理的最佳工艺条件:温度115℃,浓度1.5%,固液比1:16,时间60 min,粒径40目;NaOH水解预处理最佳反应条件:温度115℃,NaOH浓度2%,固液比1:16,水解反应时间60 min,粒径40目;微波预处理中选用H_2O为吸波介质。在各自适宜条件下,三者的酶解还原糖分别为56.1%,42.8%,59.3%,发酵产氢量分别为399.5 mL,373.6 mL,425.2 mL。结果表明,微波-H_2O处理是一种高效、温和的生物质原料预处理方式。 对发酵产氢过程中的影响因子考察,以累积产氢量为指标,对发酵工艺条件优化,得到产氢的适宜环境条件为:采用一次性加料的污泥驯化方式,反应发酵温度35℃,最佳底物浓度20 g/L,初始体系的pH值控制为6~7。此时,OCC的最大产氢潜势为42.8mL/gVS,气相中氢气的累积体积浓度为34.7%。发酵液相中的主要产物为丁酸、乙酸,少量的乙醇和丙酸,其发酵类型为丁酸型发酵。 通过扫描电镜、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM),观察纤维预处理前后纤维微观形态,得到OCC纤维经过预处理之后,表面变得粗糙,纤维长度变短,纤维的无定形区和结晶区遭到破坏,纤维聚合度降低,但纤维素晶胞中(002)结晶面的层间距d(002)保持在0.390 nm附近,OCC纤维素结晶区的晶格构造在预处理过程中没有受到破坏,也没有产生新的化学结构。纤维微孔大小从10 nm增加为平均80 nm,这些微孔既增大表面面积,同时也使得微生物更容易进入底物内部,因而提高了OCC的可发酵性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ116.29

【引证文献】
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