附铁生物炭介导高负荷底物厌氧消化特性与代谢机理研究
发布时间：2021-03-21 01:53
为解决在高氨氮、高有机负荷废弃物厌氧消化中,因中间代谢产物积累而引发的氨、酸抑制,造成厌氧消化系统失稳、运行效率低、甲烷品质下降,厌氧消化周期延长等问题。本研究采用沉淀法和浸泡法工艺,在300℃、500℃和700℃热解温度条件下,制备玉米秸秆附铁生物炭,在此基础上,进行生物炭介导的高氨氮、高有机负荷底物厌氧消化特性及代谢机理研究。旨在（1）通过优化附铁生物炭理化特性,筛选出在高氨氮负荷、高有机负荷厌氧消化体系中能显著提升水解酸化效率、提高产甲烷效率、提升产甲烷品质的附铁生物炭;（2）明确附铁生物炭介导高氨氮负荷厌氧消化体系氨、酸解抑增效机理。（3）明确附铁生物炭介导高有机负荷厌氧消化产甲烷特性与机理。（4）明确附铁生物炭添加对高有机负荷厌氧消化体系中微生物群落结构演替的影响。主要研究内容和结果如下:（1）随着热解温度的上升,生物炭得率呈下降趋势,比表面积、总孔容增大,平均孔径下降。其中,采用浸渍法制备的附铁生物炭上铁沉积物负载率为8.47%～22.89%,要高于沉淀法制备的附铁生物炭上的铁沉积物负载率3.69%～17.19%;附铁生物炭的比表面积（16.8906～133.6287m
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物炭介导厌氧消化（Qiuetal.2019）
置于电热恒温鼓风干燥箱，50℃温度下干燥至恒重。制备好的附铁生物炭分别标记为300BC-Fe、500BC-Fe、700BC-Fe（表2-1）。 （2）浸渍法制备附铁生物炭的工艺：将处理好的玉米秸秆浸泡至 Fe2+浓度为 0.05 mol/L 的七水硫酸亚铁溶液中，恒速缓慢搅拌 30min。向悬浮液中逐滴加入浓度为5mol/L 氢氧化钠水溶液，控制反应体系 pH 值至 10，匀速搅拌 60min。使得形成的氢氧化物铁性沉淀附着于玉米秸秆上。密封静置 24h 熟化，用去离子水洗涤后，用乙醇洗至上清液 pH 值至 7.0 左右。离心过滤取滤渣，将滤渣置于 50℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重。按照工艺流程和 2.1.2.1 所述方法分别在 300℃、500℃和 700℃热解温度下制备附铁生物炭。制备好的玉米秸秆附铁生物炭分别标记为 300PBC-Fe、500PBC-Fe、700PBC-Fe（表 2-1）。
第二章附铁生物炭的制备与理化特性分析19图2-2玉米秸秆生物炭及附铁生物炭电镜扫描图像Fig.2-2Morphologiesofbiocharandbiocharloadedwithironderivedfrommaizestraw2.4.3热解温度与制备工艺对附铁生物炭元素组成影响通过扫描电镜配合Quantax70型X射线光谱仪对生物炭及附铁生物炭表面Fe元素的附着情况进行检测分析，如图2-3所示。由图2-3可知，通过EDS扫描结果进一步证实了铁被成功负载至玉米秸秆生物炭上，总体而言原生生物炭中铁元素的负载率（按质量比计）在0.02%~0.05%范围内，沉淀法制备附铁生物炭中铁元素负载率在3.69%~17.19%范围内，浸渍法制备附铁生物炭中铁沉积物负载率在8.47%~22.89%范围内。采用浸渍法制备的附铁生物炭其铁沉积物负载率高于沉淀法制备的附铁生物炭。可能原因是，浸渍法先将铁的氢氧化物负载至玉米秸秆生物质上，再通过高温热解还原反应使生物质与铁氧化物熔融，从而达到生物炭与铁氧化物更加稳固结合的效果。通过对同一样品的不同区域进行多次扫描可以看出负载铁生物炭内铁元素分布存在差异性，外层铁元素要高于内层铁元素含量。郭晓慧在铁改性杏壳和铁改性柚皮理化特性研究中也发现，铁元素在磁改性生物炭内、外层分布极不均匀（郭晓慧等2018b）。由此推测，铁元素与生物炭的内、外层耦合机制不同，外层铁元素主要以游离态与生
本文编号：3092087
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物炭介导厌氧消化（Qiuetal.2019）
置于电热恒温鼓风干燥箱，50℃温度下干燥至恒重。制备好的附铁生物炭分别标记为300BC-Fe、500BC-Fe、700BC-Fe（表2-1）。 （2）浸渍法制备附铁生物炭的工艺：将处理好的玉米秸秆浸泡至 Fe2+浓度为 0.05 mol/L 的七水硫酸亚铁溶液中，恒速缓慢搅拌 30min。向悬浮液中逐滴加入浓度为5mol/L 氢氧化钠水溶液，控制反应体系 pH 值至 10，匀速搅拌 60min。使得形成的氢氧化物铁性沉淀附着于玉米秸秆上。密封静置 24h 熟化，用去离子水洗涤后，用乙醇洗至上清液 pH 值至 7.0 左右。离心过滤取滤渣，将滤渣置于 50℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重。按照工艺流程和 2.1.2.1 所述方法分别在 300℃、500℃和 700℃热解温度下制备附铁生物炭。制备好的玉米秸秆附铁生物炭分别标记为 300PBC-Fe、500PBC-Fe、700PBC-Fe（表 2-1）。
第二章附铁生物炭的制备与理化特性分析19图2-2玉米秸秆生物炭及附铁生物炭电镜扫描图像Fig.2-2Morphologiesofbiocharandbiocharloadedwithironderivedfrommaizestraw2.4.3热解温度与制备工艺对附铁生物炭元素组成影响通过扫描电镜配合Quantax70型X射线光谱仪对生物炭及附铁生物炭表面Fe元素的附着情况进行检测分析，如图2-3所示。由图2-3可知，通过EDS扫描结果进一步证实了铁被成功负载至玉米秸秆生物炭上，总体而言原生生物炭中铁元素的负载率（按质量比计）在0.02%~0.05%范围内，沉淀法制备附铁生物炭中铁元素负载率在3.69%~17.19%范围内，浸渍法制备附铁生物炭中铁沉积物负载率在8.47%~22.89%范围内。采用浸渍法制备的附铁生物炭其铁沉积物负载率高于沉淀法制备的附铁生物炭。可能原因是，浸渍法先将铁的氢氧化物负载至玉米秸秆生物质上，再通过高温热解还原反应使生物质与铁氧化物熔融，从而达到生物炭与铁氧化物更加稳固结合的效果。通过对同一样品的不同区域进行多次扫描可以看出负载铁生物炭内铁元素分布存在差异性，外层铁元素要高于内层铁元素含量。郭晓慧在铁改性杏壳和铁改性柚皮理化特性研究中也发现，铁元素在磁改性生物炭内、外层分布极不均匀（郭晓慧等2018b）。由此推测，铁元素与生物炭的内、外层耦合机制不同，外层铁元素主要以游离态与生
本文编号：3092087
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