大型海藻浒苔的水热处理及产物高值利用研究

发布时间：2020-08-13 01:01

【摘要】：大型绿藻浒苔是中国沿岸海域常见的优势物种,在河口和内湾咸水域等海岸水域的分布非常广泛,被视为一种产量巨大的海洋生物质资源。然而,由于海水的富营养化,浒苔等绿藻的大规模繁殖造成了非常严重的绿潮现象。绿潮已经成为了全球性的生态环境问题,导致了严重的生态破坏以及社会经济损失。绿潮浒苔连续多年侵袭青岛、上海等沿海城市。由于缺少相关的治理措施和利用技术,大量的浒苔未经处理被直接丢弃,导致其大量堆积在沿岸地区,极大破坏了当地的海洋生态环境。因此,寻找经济高效的技术手段对浒苔进行处置与利用具有非常重要的意义。为了解决以上问题,本论文利用水热技术对新鲜浒苔进行处理,研究水热操作条件对浒苔水解糖化的影响规律,并对处理过程参数进行优化。同时对水解液生产生物乙醇和短链脂肪酸的潜能进行了评估,以期为浒苔的大规模资高值利用提供有价值的参考。最后,对固体残渣进行了表征分析,了解水热处理对浒苔物化特性的影响,探讨固体残渣后续利用方式。浒苔中含有丰富的多糖成分,水热处理能够有效实现浒苔的水解糖化,从而获得易于微生物利用的还原糖。研究结果表明,提高水热操作条件(更高的催化剂浓度和反应温度以及更长的停留时间)能够增强浒苔的水解程度,但是过于剧烈的水热条件会加剧液相产物的分解,导致还原糖产率的降低。当含固率为11%,H2SO4的浓度为0.5%时,浒苔在130℃温度条件下进行30 min的水热处理后还原糖产率达到最大值33.8%。此时,水解液中葡萄糖、鼠李糖和木糖的分别为5.55 g/L、4.90g/L和3.65g/L。水热反应温度对水解液乙醇发酵过程具有明显的影响。110℃的水解液酵母菌的生长活性最好,且水热反应温度越高活性越差。130℃的水解液能够实现最佳的乙醇发酵产能,经过48 h乙醇产率达到峰值7.8%。表明浒苔经过水热处理的液体产物可以作为一种比较理想的生物乙醇生产原料。在水解液厌氧发酵的过程中,不同水热反应温度的水解液短链脂肪酸的产能表现出明显的差异。其中,130℃的水解液在厌氧消化的第6天总产率最高达到26.1%。随后由于产甲烷菌的分解产率开始下降。其中,主要的短链脂肪酸产物依次为乙酸(3.1 g/L)、丙酸(2.0g/L)和正丁酸(0.4g/L)。浒苔经过水热处理后其组成与物化特性均发生了显著变化。随着反应温度从90 ℃升高至150℃,固体残渣的挥发分含量从60.8%减少到45.8%,高位热值则从11.2 kJ/g升高到15.3 kJ/g。说明水热过程中是一个脱挥发分和能量浓缩的过程。经过水热处理,浒苔表面的-OH与C=O等含氧官能团数量增多,为固体残渣在重金属吸附领域的应用提供了良好的结构特性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6

【参考文献】