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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2009年
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利用两种大型海藻制备生物能源的探索研究

冯大伟  
【摘要】:生物质燃料乙醇和沼气都属于发展潜力巨大的生物质能源,大力发展生物质燃料乙醇和沼气对解决当今能源危机、环境污染问题和促进我国经济发展具有重要意义。 本文就海带化工废弃物——海带渣糖化技术、浒苔糖化技术及初步酒精发酵技术、海带沼气发酵技术、浒苔沼气发酵技术进行了可行性研究。 1、海带渣总糖含量为52.6%,海带渣总糖中葡萄糖含量占90.9%,另外还有少量的半乳糖、甘露糖和木糖,这说明海带渣是非常优良的能源生物质。 2、海带渣糖化工艺采取稀硫酸预处理后纤维素酶酶解产糖工艺。海带渣最佳稀硫酸预处理条件为预处理温度121℃、硫酸浓度0.6%、预处理时间60 min,此时海带渣纤维素酶解产糖可达187.8 mg/g干藻。 3、优化了预处理海带渣纤维素酶酶解产糖工艺。各因素对海带渣酶解产糖的影响依次为:pH温度时间酶用量,海带渣纤维素酶解产糖的最佳条件为温度45℃、pH5.2、时间48小时、酶用量16 mg/g干藻,此时糖产量为238.9 mg/g干藻。 4、浒苔总糖含量为67.2%,浒苔总糖主要有葡萄糖、木糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖组成,其中葡萄糖和木糖可以做为酒精发酵的原料,这两种糖占总糖含量的51%。 5、以鲜浒苔为原料研究了浒苔稀硫酸水解工艺和纤维素酶酶解工艺。发现浒苔酸水解产糖效果明显优于纤维素酶酶解。 6、以干浒苔为原料研究了浒苔酸解工艺。硫酸水解干浒苔产糖能力优于盐酸、磷酸和马来酸,水解时间为60 min、硫酸浓度为1.8%的时候可用于酒精发酵的糖(葡萄糖和木糖)总产量达到最大值为230.5 mg/g干浒苔,占此条件下总还原糖产量的48.6%。同时发现干浒苔比鲜浒苔更易被硫酸水解产糖。 7、初步研究了浒苔酒精发酵工艺。初步工艺中酒精产量较低、测得酒精在发酵液中浓度为0.23%(v/v),后续工作中需要对酒精发酵工艺进行优化。 8、海带与牛粪比例为4:1(w/w)是海带与牛粪联合厌氧消化的最佳比例,此时产气时间最长,达到37天,总产气量最高,达到13600 mL。 9、在海带与牛粪联合厌氧消化中,增加接种量到15 g(干重)时发酵周期为39天,总产气量为14630 mL,TS产气量为152.4 mL/gTS,接种量为21 g(干重)时发酵周期为36天,总产气量为14090 mL,TS产气量为138.1 mL/gTS,可见适当增加接种量可促进产气量的增加。 10、浒苔与牛粪比例为4:2(w/w)是浒苔与牛粪联合厌氧消化的最佳比例,此时产气时间为33天,总产气量最高达到6785 mL。 11、在浒苔与牛粪联合厌氧消化中,增加接种量到7.5 g(干重)时发酵周期为38天,总产气量为7470 mL,TS产气量为155.6 mL/gTS,接种量为10.5 g(干重)时发酵周期也为38天,总产气量为7020 mL,TS产气量为137.6 mL/gTS,可见增加接种量可促进产气量的增加。
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