收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超微化秸秆粉体物性微观结构及光合生物产氢实验研究

岳建芝  
【摘要】:本研究是在国家自然科学基金项目“超微化秸秆类生物质光合连续产氢过程及代谢热研究”(项目编号:50976029)的资助下完成的。 木质纤维素类生物质资源丰富,并且可再生,可以用来转化成固、液、气3种清洁燃料。但是由于木质纤维素类生物质中纤维素、半纤维素和木质素的复杂结构,造成酶水解效率比较低。要获得较高的酶水解率就需要对木质纤维素类生物质进行预处理。目前的预处理方法包括物理法、化学法、物理化学法和生物法四大类。研究者已经对木质纤维素类生物质的预处理方法进行了许多研究,虽然获得了一些成果,但还没有找到能够用于生产、高效率、低成本的方法,对于影响水解的因素目前还没有形成完全一致的结论,因此研究新的预处理技术,并对预处理影响酶解的机理进行分析就显得极为必要。 超微预处理已经在中药材加工方面取得显著成效,诸多的研究结果表面超微粉碎可以增加中药材的有效成分的溶出,并使胃肠道吸收的有效成分增大。由于秸秆和中药材一样同属于木质纤维素类生物质,光合产氢过程中其溶出物也要被生物体利用,因此本研究尝试将超微粉碎技术作为秸秆预处理方法,将超微粉碎后的秸秆粉体进行酶解光合产氢。研究重点在于对超微粉碎对木质纤维素类生物质物性和微观结构的测定观察,揭示其对酶水解的影响规律,并利用超微粉碎秸秆粉体酶解料液进行光合产氢,针对酶解料液的特定进行条件分析,为木质纤维素类生物质有效向高品位能源转化提供可能途径。试验中主要得到如下结论: (1)随着秸秆平均粒径的减小,秸秆超微粉体的比表面积增大,但是比表面积增大并不与粒径的减小呈现线性关系,可能是由于粉体颗粒表面存在着裂缝、裂纹,粉碎过程伴随有团聚。松装密度随着秸秆粒径减小而增大,但是粒径减小到一定程度后,松装密度的增大幅度开始减小,这可能是由于随着粉碎时间的延长,超微粉体已经趋近于球体。秸秆的45℃热水抽提物在相同的粉碎方式下随着粉碎后平均粒径的减小,抽提物增大,说明可溶于热水的物质增多;抽提物中的还原糖变化和热水抽提物变化一致,在相同粉碎方式下还原糖含量随着粒度减小而增大,这可能和粉碎程度变大,有机酸溶出变大,导致较多秸秆水解出更多还原糖的缘故。同时还发现,尽管秸秆粒径减小,但粉碎方式变为高能球磨时,尽管粒度减小,但其抽提物变化减小,这说明热水抽提物的变化不仅和粒度减小有关,和粒度减小所采用的粉碎方式也有很大联系,在同种粉碎方式下热水抽提物随着平均粒径的减小而增大。 (2)对粉碎为不同粒径的秸秆进行的扫描电镜分析表明,超微粉碎可以有效破坏秸秆的维管束结构以及细胞壁,在粉碎过程中伴随有团聚现象。FTIR分析表明纤维素羟基缔合程度减小,纤维素大分子间的氢键受到破坏,纤维素在球磨过程中有小部分降解;木质素侧链上的羰基发生变化,苯环结构也受到一定影响;指纹区也发生改变,说明秸秆在超微粉碎过程中其分子结构发生了变化。X衍射分析表明秸秆结晶度随着粉碎粒径的减小而降低。粘均法测定的聚合度表明随着秸秆粒径的减小,其聚合度降低,分子链断裂数增大,降解度增大。 (3)不同粒径范围秸秆粉体的酶水解试验表明,随着秸秆粒度的减小,酶对纤维素的可及度增大。通过对酶解后的秸秆进行的扫描电镜分析可以发现酶水解后的高粱秸秆微粒表面留下很多酶解孔洞。粒度越小时,单位面积上出现的酶解孔洞越多,这说明超微粉碎过程能在高粱秸秆表面产生较多的酶活性位点,从而提高酶解糖化率。对酶解后的秸秆粉体的X衍射表明,酶解后的秸秆结晶度都有提高,这可能和纤维素进入水环境后烘干所产生的重结晶有关,也和酶水解反应已经把较多无定型纤维素转化为还原糖而余下的都是结晶区有关。对纤维素的红外光谱分析研究表明只有粒径范围330~420nm的高粱秸秆在1604cm~(-1)处吸收峰变得尖锐,说明其反应机理和其它3种样品已经有所不同。 (4)不同球磨时间的高粱秸秆粉体的酶解试验表明,酶解过程可以分为两个阶段,其中第一个阶段为反应初始的36h,在此阶段约70%的还原糖产出,同时球磨时间越长的秸秆其酶解速率越大。利用Origin8.0软件对反应过程进行拟合,结果表明其酶解过程符合对数分布规律,酶解速率随着酶解时间的延长逐渐递减。对高粱秸秆粒径变化对酶解动力学参数的研究表明,随着秸秆球磨时间的延长,酶解的最大反应速率Vmax增大,而米氏常数Km的变化没有明显规律,此外,通过超微粉碎高粱秸秆酶解的单因素和响应面试验得到了的最佳反应条件。 (5)利用高粱秸秆超微粉体酶解料液的光合产氢试验表明:酶解料液的中和试剂采用NaOH比KOH的产氢效果要好很多,分析认为可能由于酶解阶段使用的缓冲剂中已经引入较多的Na~+,较多的Na~+使光合细菌发生阳离子中毒,导致产氢效果下降;离心过的上清液的累积产氢量要小于没有离心的酶水解料液,通过对还原糖的测定发现,在产氢过程中没有离心过的酶水解料其实还在继续水解,导致还原糖浓度在产氢过程要高于离心过的;在试验设计水平内,高的底物浓度可以保持较长的高效产氢期,但产氢高峰期相对滞后;光合细菌比较适合的接种量为20%;种子液的培养期以48h为宜;光照度的范围控制在1000~3000Lx时光利用率最高。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘平;生物质能(秸秆)发电技术的展望[J];中州煤炭;2005年02期
2 ;“秸秆能源”在长三角破题[J];太阳能;2006年04期
3 刘惠宁;;秸秆生物质燃料锅炉的设计实践[J];应用能源技术;2008年02期
4 马欣;;氯氧镁水泥制作秸秆板材的试验研究[J];科技信息;2008年35期
5 樊冲;汪军;;生物质能的利用技术[J];农业科技与信息;2010年08期
6 周文富;;新型秸秆沼气技术[J];农家致富;2010年18期
7 黄阳;刘庆敖;;秸秆草芯成型机的研制[J];机械设计与制造;2007年01期
8 史学友;;农村秸秆固化成型技术的开发利用[J];现代农业;2007年12期
9 杨世基;重视农村秸秆的能源利用[J];农村能源;1994年06期
10 熊承永,李健,黄利宏;户用沼气池秸秆利用浅析[J];可再生能源;2003年03期
11 邓恒强;秸秆菌体蛋白生物饲料制作技术[J];中小企业科技;2003年05期
12 华秀爱 ,周元军;秸秆仿生饲料的制作技术[J];中小企业科技;2004年06期
13 黄文娟 ,周烨;秸秆制气炉:"烧"出百万富翁[J];中小企业科技;2005年04期
14 ;我国大型秸秆生物气化工程试运行成功[J];农业工程技术(农产品加工业);2009年03期
15 李金怀;陆桂生;李勇江;魏世清;蒋湖波;黄凌志;;农村秸秆沼气工程集中供气分析[J];现代农业科技;2010年08期
16 迟元;王吉荣;;秸秆发电的实际意义[J];农村牧区机械化;2011年02期
17 ;桔秆/塑料复合板材[J];技术与市场;2001年10期
18 邢蕾,王述洋,刘向东,刘春山;秸秆压缩成型实验与分析[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2005年04期
19 周勇;清洁生物质秸秆能源研究进展[J];应用化工;2005年10期
20 张海军;刘志国;姚爱民;;2.52亿元秸秆发电项目落户泗阳[J];电力需求侧管理;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王飞;李华;孙超;李长云;;变废液为肥料 实现秸秆返田[A];中国造纸学报2003年增刊——中国造纸学会第十一届学术年会论文集[C];2003年
2 刘亚平;魏蒙关;李洪岐;;河南省秸秆资源综合利用现状分析及建议[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(下册)[C];2004年
3 温明霞;林德枝;易时来;李学平;孟涛;石孝均;;秸秆在土壤中的养分释放动态研究[A];第九届中国青年土壤科学工作者学术讨论会暨第四届中国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会论文集[C];2004年
4 杜建;安成立;冀炜;张永科;常宗堂;邢宏宜;贾涛;王俊峰;王天泉;惠建忠;孙茂田;王晓梅;;秸秆环保超强木地板及制造方法的研究[A];’2003中国作物学会学术年会文集[C];2003年
5 孙明湖;咸惠军;南方;;秸秆氧化气化气不宜做炊事燃气[A];中国环境保护优秀论文集(2005)(下册)[C];2005年
6 周礼;吴达科;谢春燕;;秸秆预处理技术对比研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
7 皇才进;韩鲁佳;刘贤;杨增玲;;秸秆工业分析组成的近红外漫反射光谱(NIRS)分析研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
8 上官永;朱虎良;文喜梅;田英申;王文静;;秸秆利用机械技术及产业化研究进展[A];中国农业工程学会第七次全国会员代表大会及学术年会论文集[C];2004年
9 孙红闯;;废弃秸秆做生产原料进行产业化精、深加工的技术探讨[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
10 金海洋;姚政;杨建军;蒋小华;查健生;;纤维素分解菌剂对水稻秸秆田间降解效果的影响[A];中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集(面向农业与环境的土壤科学专题篇)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岳建芝;超微化秸秆粉体物性微观结构及光合生物产氢实验研究[D];河南农业大学;2011年
2 荆艳艳;超微秸秆光合生物产氢体系多相流数值模拟与流变特性实验研究[D];河南农业大学;2011年
3 夏雷;Nd-Al-Fe-Co大块非晶的非晶形成能力、磁性和显微结构研究[D];上海大学;2004年
4 李忠来;碳纳米管负载钌催化剂上氨合成及氨分解的TAP研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
5 李金洪;高铝粉煤灰制备莫来石陶瓷的性能及烧结反应机理[D];中国地质大学(北京);2007年
6 傅忠君;聚乳酸纤维织物染色性能研究[D];武汉理工大学;2008年
7 张继平;锯缘青蟹N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的性质及活力调控的研究[D];厦门大学;2006年
8 马孝琴;生物质(秸秆)成型燃料燃烧动力学特性及液压秸秆成型机改进设计研究[D];河南农业大学;2002年
9 张小燕;新金分枝杆菌ZJUVN-08转化植物甾醇合成雄甾烯二酮的研究[D];浙江大学;2013年
10 朱灵峰;生物质(秸秆)气合成甲醇工艺及动力学研究[D];河南农业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李雪;秸秆固态发酵酒精的研究[D];中国农业大学;2002年
2 隋美丽;秸秆压块饲料机匀料充型区的物流分析与计算机仿真[D];河北农业大学;2005年
3 齐刚;白腐菌降解秸秆木素及饲料化研究[D];天津科技大学;2004年
4 高洁;秸秆对球形棕囊藻生长的抑制作用及其机理研究[D];暨南大学;2005年
5 贺永惠;北方地区玉米秸秆复合碱化和快速氨化技术及其在幼羊生长中应用的研究[D];东北农业大学;2001年
6 蔡兴旺;秸秆发酵剂的研究[D];天津科技大学;2004年
7 徐新惠;棉秆压缩成型特性的试验研究[D];石河子大学;2006年
8 张丽丽;秸秆作为再燃燃料对NOx生成影响的数值模拟[D];华北电力大学(河北);2007年
9 宋芳;玉米收获机秸秆切碎刀的试验研究[D];吉林农业大学;2011年
10 申建美;用于制有机磷肥的稻草快速降解工艺研究[D];四川大学;2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 古文洪;秸秆发电:多赢产业为何冷眼相看[N];中国矿业报;2005年
2 ;秸秆压块饲料有啥优势[N];齐齐哈尔日报;2005年
3 ;我市为秸秆找到五条出路[N];驻马店日报;2005年
4 本报记者 兰俊君 实习生 吴明新;蔬菜“吃”秸秆产量高[N];白银日报;2009年
5 李玉芳 闫艳 高杰;秸秆可作清洁能源[N];中国环境报;2009年
6 顾日升 袁开建;秸秆烧出贵过大米的“超低炭”[N];江苏农业科技报;2009年
7 ;我省“秸秆法规”正式出台[N];江苏农业科技报;2009年
8 记者 许兵 通讯员 杨丽;6月1日起露天焚烧秸秆将受罚[N];连云港日报;2009年
9 本报记者 周璐璐 周慧敏;富民板业 小秸秆做出大文章[N];中国企业报;2009年
10 记者 何彭鹏;秸秆能源化项目将受扶持[N];泰州日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978