微波处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制

发布时间：2017-04-16 03:06

  本文关键词：微波处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：化石燃料为不可再生资源,大量的消耗致使化石能源面临即将枯竭的局面。生物质能源作为化石燃料的替代能源降低了人类对化石燃料的依赖性。木质纤维素原料是一种储量大且易得的可再生资源,将木质纤维素高效转化为沼气等生物质能源产品已是当前的研究热点。因而,木质纤维素的预处理技术成为提高生物质转化效率的焦点之一。本试验以研究微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制为目标,从微波预处理对柳枝稷的溶解性、结构变化和可及性的影响三方面进行剖析,并从水解动力学的角度探讨微波预处理对提高柳枝稷中木质纤维素有效利用的作用,从而明确微波预处理技术对木质纤维素的作用机理。 试验主要分为三部分。 (1)微波预处理后柳枝稷特性的变化。 以柳枝稷Alamo品种茎秆为试验材料,分别采用不同的微波加热终温(90℃、20℃、150℃和180℃)和150℃终温保持时间(0、5、10、15、20min)对样品进行微波预处理。结果表明,微波预处理均显著提高了柳枝稷的溶解性,180℃预处理样品的挥发性固体溶解率提高最大,达130.75%；微波预处理改变了柳枝稷的结构,使得固体表面形成孔洞；预处理后柳枝稷样品比表面积显著增加,180℃微波处理可提高细胞壁比表面积60.61%,可及性增强；但微波处理提高了柳枝稷纤维素结晶度。 (2)微波预处理对木质纤维素有效利用的影响。 将微波预处理后的柳枝稷固体组分分别进行厌氧发酵,每个处理组按发酵时间进行动态取样,测定厌氧发酵体系中挥发性固体和纤维素的降解过程,形成水解动力学方程,通过比较各处理间的水解动力常数,判断挥发性固体以及纤维素在厌氧发酵过程中水解速率的大小。结果表明,微波预处理可提高厌氧发酵过程中挥发性固体以及纤维素的水解速率,促进挥发性固体以及纤维素的降解。相关分析表明,柳枝稷结构的改变和比表面积的增大是挥发性固体和纤维素水解速率提高的主要原因。 (3)微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产沼气的影响。 对微波处理后的柳枝稷固液混合物和固体组分分别进行厌氧发酵产沼气试验,测定甲烷产量以及挥发性固体和纤维素的降解效率。结果表明,微波预处理提高了柳枝稷的甲烷产量,180℃处理后的固液混合物甲烷产量最高,为143.15mL/gVS,较对照提高19.57%；同时,微波预处理后的固体组分厌氧发酵后,甲烷产量均比浸泡组高。除180℃微波处理外,固液混合物的甲烷产量均高于固体组分。除180℃处理后的固液混合物外,微波预处理均显著提高了固液混合物和固体组分在厌氧发酵过程中挥发性固体和纤维素的降解效率。相关分析表明,溶解性的增强和厌氧发酵过程中木质纤维素水解速率的提高是甲烷产量增加的主要原因。 综上可得如下结论：微波预处理对木质纤维素特性的影响主要体现在以下三方面：溶解性提高；结构发生改变：比表面积增大、可及性增强。微波预处理通过改变柳枝稷的结构以及提高其可及性促进厌氧发酵过程中木质纤维素的水解。微波预处理通过提高柳枝稷的溶解性和厌氧发酵过程中木质纤维素的水解增加甲烷产量。
【关键词】：柳枝稷 微波 木质纤维素 厌氧发酵 沼气
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 插图清单10-12
• 附表清单12-13
• 第一章 引言13-29
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-26
• 1.3 本研究的目的和意义26-27
• 1.4 研究思路27-28
• 1.5 技术路线28-29
• 第二章 微波处理对柳枝稷特性的影响29-41
• 2.1 材料与方法29-31
• 2.2 结果与分析31-38
• 2.3 讨论38-40
• 2.4 小结40-41
• 第三章 微波预处理对木质纤维素有效利用的影响41-58
• 3.1 材料与方法41-42
• 3.2 结果与分析42-56
• 3.3 讨论56-57
• 3.4 小结57-58
• 第四章 微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产沼气的影响58-74
• 4.1 材料与方法58-59
• 4.2 结果与分析59-72
• 4.3 讨论72-73
• 4.4 小结73-74
• 第五章 结论与展望74-75
• 5.1 结论74
• 5.2 创新点74
• 5.3 展望74-75
• 参考文献75-90
• 致谢90-91
• 作者简历91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈英明;肖波;常杰;;能源植物的资源开发与应用[J];氨基酸和生物资源;2005年04期

2 曹蕾;衣兰智;孙娟;;生物质能源在燃料生产与发电方面的应用现状与前景[J];草业科学;2009年09期

3 李顺龙;王耀华;宋维明;;发展林木生物质能源对二氧化碳减排的作用[J];东北林业大学学报;2009年04期

4 董岸杰,张晓丽,李军,孙多先;超声波在壳聚糖降解反应中的作用[J];高分子材料科学与工程;2002年06期

5 王育慷;超声波原理与现代应用探讨[J];贵州大学学报(自然科学版);2005年03期

6 宋国胜;胡松青;李琳;;超声波技术在食品科学中的应用与研究[J];现代食品科技;2008年06期

7 单丽燕;王铁梅;马金星;高凯;;咺草热值与灰分动态变化研究[J];安徽农业科学;2015年11期

8 王晓敏;张燕;龚德勇;;能源植物象草的综合利用和栽培技术[J];河北农业科学;2010年04期

9 冯磊;李润东;Bernhard Raninger;Martin J. Gehring;;微波预处理对秸秆厌氧消化影响的研究[J];环境工程学报;2009年08期

10 王亚炜;魏源送;肖本益;刘俊新;;微波-过氧化氢联合作用处理污泥的影响因素[J];环境科学学报;2009年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张丽;微波对纤维素纤维结构与性能的影响及应用研究[D];东华大学;2008年

2 吴云;餐厨垃圾厌氧消化影响因素及动力学研究[D];重庆大学;2009年

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本文编号：309851