玉米秸秆预处理及对发酵产氢效果影响研究

【摘要】： 随着能源危机和环境污染的日趋加重,寻找一种清洁的可再生能源已迫在眉睫。氢能被普遍认为是一种非常理想的清洁可再生能源。制取氢气的方法有多种,其中生物质厌氧发酵制氢以其独特优势日益受到人们的重视。生物质制氢不仅可以使丰富廉价的生物质得到资源化利用而且还避免了生物质造成的环境污染问题。在生物质制氢过程中,生物质的水解程度直接决定着氢气的产量,因此生物质的预处理对生物制氢非常关键。本实验以玉米秸秆为原料,主要研究玉米秸秆的预处理不同方法的最佳工艺条件以及玉米秸秆的预处理对产氢效果的影响。 本文主要研究了以下几种预处理方法：蒸汽爆破法,稀酸、稀碱水解法以及蒸汽爆破和稀酸、稀碱联合法。其中酸选择的是H2SO4和HCL,碱选择的是NaOH。首先探讨了每种预处理方法的不同因素对秸秆水解率的影响并通过单因子实验得出在玉米秸秆较高水解率条件下的每个影响因素的取值范围,然后找到每种预处理方法的最佳工艺条件,最后对不同预方式处理过的玉米秸秆进行微生物厌氧发酵制氢实验,研究每种预处理方法在最佳工艺条件下的产氢能力。 通过不同预处理方法产氢能力的比较,最后得出联合方式预处理玉米秸秆的优势非常明显。其中尤其以蒸汽爆破与H2SO4水解联合预处理玉米秸秆的产氢效果最理想。其工艺条件为：爆破压力1.5Mpa、爆破温度125℃、维压时间5min、H2SO4浓度0.8%、水解温度90℃、水解时间60min。此时玉米秸秆的水解率达到了45.02%,每克玉米秸秆的产氢量达到142ml,最大氢气浓度达到57.4%。 【关键词】：玉米秸秆 生物制氢 预处理 工艺条件 水解率
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 选题背景10
• 1.2 玉米秸秆资源概况与性质10-12
• 1.2.1 玉米秸秆资源概况10-11
• 1.2.2 玉米物秸秆的性质11-12
• 1.3 农作物秸秆预处理12-15
• 1.3.1 物理方法13-14
• 1.3.2 化学方法14
• 1.3.3 生物法14-15
• 1.3.4 联合法15
• 1.4 厌氧发酵产氢15-17
• 1.4.1 厌氧发酵产氢现状15
• 1.4.2 厌氧发酵产氢机理15-16
• 1.4.3 厌氧发酵产氢优势16-17
• 1.5 本文研究的目的和内容17-18
• 1.5.1 研究目的17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 2 实验材料与测定方法18-23
• 2.1 实验材料18
• 2.1.1 菌源18
• 2.1.2 营养液的配制18
• 2.1.3 反应底物18
• 2.2 实验装置与仪器18-20
• 2.2.1 实验主要仪器与设备18-19
• 2.2.2 实验装置19-20
• 2.3 实验分析方法20-23
• 2.3.1 糖含量的测定21
• 2.3.2 细胞干重的测定21
• 2.3.3 气相色谱分析21-22
• 2.3.4 累积产氢量的计算22-23
• 3 玉米秸秆预处理对发酵产氢的影响23-57
• 3.1 实验原料及仪器23-24
• 3.1.1 实验原料23
• 3.1.2 实验仪器23
• 3.1.3 试剂的配制23-24
• 3.2 测定方法24-25
• 3.2.1 还原糖测定方法24-25
• 3.2.2 气体及发酵液成分测定25
• 3.3 玉米秸秆的预处理25-26
• 3.3.1 预处理方式26
• 3.4 蒸汽爆破预处理玉米秸秆26-32
• 3.4.1 蒸汽爆破预处理玉米秸秆的单因子实验26-31
• 3.4.2 蒸汽爆破预处理玉米秸秆的正交实验31-32
• 3.5 稀酸、稀碱预处理玉米秸秆32-41
• 3.5.1 稀酸、稀碱预处理玉米秸秆的单因子实验32-37
• 3.5.2 稀酸、稀碱预处理玉米秸秆的正交实验37-41
• 3.6 联合预处理玉米秸秆41-46
• 3.6.1 蒸汽爆破与H_2 SO_4水解联合处理41-43
• 3.6.2 蒸汽爆破与HCL水解联合处理43-44
• 3.6.3 蒸汽爆破与NaOH水解联合处理44-46
• 3.7 预处理玉米秸秆方式对产氢效果的影响46-57
• 3.7.1 蒸汽爆破预处理玉米秸秆对产氢效果的影响49
• 3.7.2 稀酸、稀碱预处理玉米秸秆对产氢效果的影响49-51
• 3.7.3 联合预处理玉米秸秆对产氢效果的影响51-53
• 3.7.4 秸秆不同预处理方式产氢效果的比较53-57
• 4 结论57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间发表论文64

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