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。