预处理温度对玉米秸秆暗发酵制氢性能的影响
发布时间：2021-11-04 01:27
为了比较不同预处理温度对玉米秸秆暗发酵制氢性能的影响,在不同温度（40、80、120、160℃和200℃）下,采用1%H2SO4和2%NaOH两种试剂分别对玉米秸秆进行预处理,再进行中温暗发酵实验,接种物来源于以猪粪为原料的厌氧消化后的沼液。结果表明:最佳的预处理条件为80℃下,采用1%H2SO4对玉米秸秆预处理60 min,其单位总固体（TS）产氢量达到27 mL/g,比未预处理玉米秸秆提高了56.27%,且最大产氢速率最高可达到15.42 mL/h,比未预处理玉米秸秆的最大产氢速率提高了83.57%。玉米秸秆产氢最适宜的pH值范围为5.0～5.5,不同预处理温度会对产酸量和产酸的组分造成影响,发酵类型均为丁酸型发酵。因此,预处理温度是影响暗发酵制氢性能的一个重要因素。
【文章来源】：北京化工大学学报(自然科学版). 2020,47(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
玉米秸秆在不同预处理条件下的产氢速率
氢气主要是由产氢细菌代谢有机物产生,产氢细菌适宜的pH值范围为4.5～6.0[21]。因此,控制pH值在产氢细菌适宜的范围内有利于更好地产氢。玉米秸秆产氢过程中会伴随产生VFAs和乙醇代谢产物,pH值和这些代谢产物有一定的关联,能反映出代谢产物的类型,是评价预处理效果的重要参数之一[4]。不同预处理条件对于玉米秸秆产氢后pH值和代谢产物的影响如图5所示,玉米秸秆在不同预处理条件下产氢后的pH值不同,代谢产物也有所不同。采用1% H2SO4在40 ℃和80 ℃下预处理,产氢后的VFAs和乙醇的总质量浓度随着预处理组温度的升高和预处理时间的增加从1 532.46 mg/L增加到2 615.86 mg/L,系统的pH值在5.01～5.09之间,其中采用1% H2SO4在40 ℃预处理10 min和60 min条件下,产氢后的乙酸和丁酸的质量浓度之和分别占VFAs和乙醇总质量浓度的94.23%、94.06%,在80 ℃预处理10 min和60 min条件下,产氢后的乙酸和丁酸的质量浓度之和分别占VFAs和乙醇总质量浓度的86.32%、92.01%,均比未预处理组中的相应值(74.62%)高。这是因为pH>5.0时,代谢产物主要为丁酸和乙酸,属于典型的丁酸型发酵[22],该发酵类型的产氢效果好,单位TS产氢量为23.5～27.0 mL/g(图3)。温度为120 ℃,预处理10 min和60 min后的VFAs和乙醇的总质量浓度分别为3 513.39 mg/L和4 234.91 mg/L,比1% H2SO4、40 ℃下的预处理组高出34.31%～129.26%,比1% H2SO4、80 ℃下的预处理组高出61.89%～176.35%。当系统的pH值在4.41～4.53之间时,代谢产物主要是乙醇和乙酸,因为pH<4.5属于典型的乙醇型发酵[23],被认为是低产氢量的标志[24]。温度为160 ℃和200 ℃的1% H2SO4预处理组体系中的代谢产物主要是乙酸,产氢后的pH值(5.85～6.04)与初始pH值(6.0)相比基本上没有变化,不在适宜的pH值范围内(5.0～5.5),所以产氢效果不佳。2% NaOH预处理组中除了200 ℃预处理温度组不产氢外,其他温度条件下产物均以丁酸和乙酸为主,其中温度为40 ℃预处理10、60 min和80 ℃预处理10 min的实验组的pH值在5.23～5.40之间,它们的丁酸和乙酸质量浓度之和分别占VFAs和乙醇质量浓度之和的90.81%、90.02%和86.96%,均高于未预处理组,属于丁酸型发酵,该条件下的产氢效果较好,单位TS产氢量为22.1～29.3 mL/g(图3)。而其他预处理条件下的pH值均在5.62～6.24之间,产氢效果较差,单位TS产氢量仅为0.1～9.4 mL/g(图3)。说明产氢菌适合在pH值为5.0～5.5的环境下生长代谢,和Paudel等[25]研究中的产氢反应器所维持的pH值相吻合。当不在此pH值范围内时,产氢效果较差或不产生氢气。此外不同预处理温度会对产酸量和产酸的组分造成影响,其中丁酸型发酵的产氢效果最好。3 结论
本文实验的预处理装置包括HWS- 26型恒温水浴锅 (上海齐欣科学仪器有限公司) 和WZC- 100型磁力高压反应釜 (五洲鼎创科技有限公司),其中预处理温度为120 ℃以下的装置采用恒温水浴锅,120 ℃以上采用WZC- 100型高压反应釜。暗发酵产氢实验装置由恒温水箱、500 mL血清瓶、100 mL量筒、输液针管和水槽组成。采用排水集气法收集气体。产氢实验装置示意图如图1所示。1.3 实验方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]酸化相发酵类型对甲烷相产甲烷性能的影响[J]. 陈雪,李秀金,张文海,张立东,朱海燕,刘研萍,袁海荣,庞云芝,浦鹏. 环境工程学报. 2017(11)
[2]Effects of various pretreatment methods on mixed microflora to enhance biohydrogen production from corn stover hydrolysate[J]. Kun Zhang1, Nanqi Ren1,*, Changhong Guo2, Aijie Wang1, Guangli Cao1 1. State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China. 2. Key Laboratory of Molecular Cytogenetics and Genetic Breeding of Heilongjiang Province, College of Life Science and Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China. Journal of Environmental Sciences. 2011(12)
硕士论文
[1]利用Fe和Fe/C提高餐厨垃圾甲烷产量的研究[D]. 崔悦.北京化工大学 2018
本文编号：3474730
【文章来源】：北京化工大学学报(自然科学版). 2020,47(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
玉米秸秆在不同预处理条件下的产氢速率
氢气主要是由产氢细菌代谢有机物产生,产氢细菌适宜的pH值范围为4.5～6.0[21]。因此,控制pH值在产氢细菌适宜的范围内有利于更好地产氢。玉米秸秆产氢过程中会伴随产生VFAs和乙醇代谢产物,pH值和这些代谢产物有一定的关联,能反映出代谢产物的类型,是评价预处理效果的重要参数之一[4]。不同预处理条件对于玉米秸秆产氢后pH值和代谢产物的影响如图5所示,玉米秸秆在不同预处理条件下产氢后的pH值不同,代谢产物也有所不同。采用1% H2SO4在40 ℃和80 ℃下预处理,产氢后的VFAs和乙醇的总质量浓度随着预处理组温度的升高和预处理时间的增加从1 532.46 mg/L增加到2 615.86 mg/L,系统的pH值在5.01～5.09之间,其中采用1% H2SO4在40 ℃预处理10 min和60 min条件下,产氢后的乙酸和丁酸的质量浓度之和分别占VFAs和乙醇总质量浓度的94.23%、94.06%,在80 ℃预处理10 min和60 min条件下,产氢后的乙酸和丁酸的质量浓度之和分别占VFAs和乙醇总质量浓度的86.32%、92.01%,均比未预处理组中的相应值(74.62%)高。这是因为pH>5.0时,代谢产物主要为丁酸和乙酸,属于典型的丁酸型发酵[22],该发酵类型的产氢效果好,单位TS产氢量为23.5～27.0 mL/g(图3)。温度为120 ℃,预处理10 min和60 min后的VFAs和乙醇的总质量浓度分别为3 513.39 mg/L和4 234.91 mg/L,比1% H2SO4、40 ℃下的预处理组高出34.31%～129.26%,比1% H2SO4、80 ℃下的预处理组高出61.89%～176.35%。当系统的pH值在4.41～4.53之间时,代谢产物主要是乙醇和乙酸,因为pH<4.5属于典型的乙醇型发酵[23],被认为是低产氢量的标志[24]。温度为160 ℃和200 ℃的1% H2SO4预处理组体系中的代谢产物主要是乙酸,产氢后的pH值(5.85～6.04)与初始pH值(6.0)相比基本上没有变化,不在适宜的pH值范围内(5.0～5.5),所以产氢效果不佳。2% NaOH预处理组中除了200 ℃预处理温度组不产氢外,其他温度条件下产物均以丁酸和乙酸为主,其中温度为40 ℃预处理10、60 min和80 ℃预处理10 min的实验组的pH值在5.23～5.40之间,它们的丁酸和乙酸质量浓度之和分别占VFAs和乙醇质量浓度之和的90.81%、90.02%和86.96%,均高于未预处理组,属于丁酸型发酵,该条件下的产氢效果较好,单位TS产氢量为22.1～29.3 mL/g(图3)。而其他预处理条件下的pH值均在5.62～6.24之间,产氢效果较差,单位TS产氢量仅为0.1～9.4 mL/g(图3)。说明产氢菌适合在pH值为5.0～5.5的环境下生长代谢,和Paudel等[25]研究中的产氢反应器所维持的pH值相吻合。当不在此pH值范围内时,产氢效果较差或不产生氢气。此外不同预处理温度会对产酸量和产酸的组分造成影响,其中丁酸型发酵的产氢效果最好。3 结论
本文实验的预处理装置包括HWS- 26型恒温水浴锅 (上海齐欣科学仪器有限公司) 和WZC- 100型磁力高压反应釜 (五洲鼎创科技有限公司),其中预处理温度为120 ℃以下的装置采用恒温水浴锅,120 ℃以上采用WZC- 100型高压反应釜。暗发酵产氢实验装置由恒温水箱、500 mL血清瓶、100 mL量筒、输液针管和水槽组成。采用排水集气法收集气体。产氢实验装置示意图如图1所示。1.3 实验方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]酸化相发酵类型对甲烷相产甲烷性能的影响[J]. 陈雪,李秀金,张文海,张立东,朱海燕,刘研萍,袁海荣,庞云芝,浦鹏. 环境工程学报. 2017(11)
[2]Effects of various pretreatment methods on mixed microflora to enhance biohydrogen production from corn stover hydrolysate[J]. Kun Zhang1, Nanqi Ren1,*, Changhong Guo2, Aijie Wang1, Guangli Cao1 1. State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China. 2. Key Laboratory of Molecular Cytogenetics and Genetic Breeding of Heilongjiang Province, College of Life Science and Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China. Journal of Environmental Sciences. 2011(12)
硕士论文
[1]利用Fe和Fe/C提高餐厨垃圾甲烷产量的研究[D]. 崔悦.北京化工大学 2018
本文编号：3474730
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