玉米秸秆转化为沼气的关键过程研究
发布时间：2023-04-07 20:53
玉米秸秆工业化制沼气是缓解化石能源危机、解决秸秆露天焚烧造成的环境问题、实现其高值清洁资源化的有效途径。针对玉米秸秆直接厌氧发酵制沼气存在发酵速度慢、产气量少和利用率低等问题,本研究从玉米秸秆从收割到产生沼气全环节及工艺角度出发,通过对玉米秸秆制沼气过程中三个关键单元的研究,发现了玉米秸秆失水速率与可生化物质含量变化的相关关系,探索了一种水热反应和发酵产沼气阶段的铁离子共利用、玉米秸秆与生物污泥优化共发酵的方法以提高玉米秸秆厌氧发酵沼气产率。通过采用使收割后的新鲜玉米秸秆快速失水的方法来抑制酶的生理活动,以减少营养物质的消耗和减缓木质纤维化进程,提高后续水解利用效率。通过考察不同失水速率对玉米秸秆组成结构和水解效果的影响,发现快速失水玉米秸秆木质纤维化程度低于缓慢失水玉米秸秆,且在水热反应中纤维素和半纤维素更易水解。在120℃稀酸水解70 min时前者总糖产率比后者高14.8%。XRD分析显示快速失水玉米秸秆结晶度指数低于缓慢失水玉米秸秆,FTIR分析显示快速失水玉米秸秆相对缓慢失水玉米秸秆结晶性纤维素含量低,非定形纤维素含量高,且木质素与半纤维素之间的链接程度较低,快速失水后储存的秸...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 玉米秸秆的组成与性质
1.3 玉米秸秆的资源化利用途径及现状
1.3.1 玉米秸秆的利用途径
1.3.2 玉米秸秆的沼气化利用现状
1.4 玉米秸秆沼气化利用的过程及研究进展
1.4.1 玉米秸秆沼气化面临的问题及解决办法
1.4.2 玉米秸秆的储存
1.4.3 玉米秸秆的水解
1.4.4 厌氧发酵工艺
1.5 本课题的研究意义和内容
1.5.1 研究目的和意义
1.5.2 研究内容和技术路线
第2章 失水速率控制下玉米秸秆保质储存方法的探索
2.1 实验原料及方法
2.1.1 实验原料及处理方法
2.1.2 实验设备
2.1.3 分析与计算方法
2.1.4 水热反应方法
2.2 结果与讨论
2.2.1 玉米秸秆收获后失水速率对化学组成的影响
2.2.2 不同失水速率下玉米秸秆的水热反应特性
2.2.3 玉米秸秆收获后及水热反应后的微观结构变化分析
2.3 本章小结
第3章 玉米秸秆的FeCl3催化水热反应及水解动力学研究
3.1 实验原料和方法
3.1.1 实验原料
3.1.2 实验方法
3.1.3 实验设计
3.2 FeCl3 催化水热反应中水解液成分解析
3.3 玉米秸秆FeCl3催化水热反应的动力学研究
3.3.1 Saeman模型预测值与实验值的比较
3.3.2 动力学参数和反应活化能的确定
3.4 联合强度因子对水解效果的评价
3.5 本章小结
第4章 玉米秸秆厌氧发酵基础条件的探索
4.1 实验材料和方法
4.1.1 玉米秸秆和接种污泥
4.1.2 实验方法与指标测定
4.1.3 模型与计算
4.2 实验结果与讨论
4.2.1 玉米秸秆厌氧发酵效率与发酵温度的关系
4.2.2 初始pH值对秸秆厌氧发酵效率的影响
4.2.3 不同初始底物浓度下的发酵效率
4.2.4 底物C/N与沼气产率之间的关系
4.2.5 不同条件下总甲烷产率的动力学分析
4.3 本章小结
第5章 玉米秸秆与生物污泥共发酵的特性研究
5.1 实验材料和方法
5.1.1 实验设备
5.1.2 玉米秸秆和接种污泥
5.1.3 实验及测定方法
5.2 玉米秸秆和生物污泥各自预处理后单独厌氧发酵的特性
5.2.1 预处理对秸秆和污泥性质的影响
5.2.2 各自预处理后单独厌氧发酵沼气产率的变化规律
5.2.3 甲烷含量与产率变化
5.3 FeCl3 催化水热反应玉米秸秆与生物污泥的共发酵特性研究
5.3.1 不同基质配比下共发酵的产气性能及协同性分析
5.3.2 基质中VFA和 pH的变化规律及系统稳定性分析
5.3.3 共发酵体系VS去除率分析
5.3.4 铁元素浓度范围的计算
5.4 不同失水速率控制条件下的玉米秸秆的共发酵特性
5.4.1 沼气产率
5.4.2 甲烷含量与产率变化
5.4.3 基质中VFA和 pH变化情况及系统稳定性分析
5.5 本章小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 建议
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3785307
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 玉米秸秆的组成与性质
1.3 玉米秸秆的资源化利用途径及现状
1.3.1 玉米秸秆的利用途径
1.3.2 玉米秸秆的沼气化利用现状
1.4 玉米秸秆沼气化利用的过程及研究进展
1.4.1 玉米秸秆沼气化面临的问题及解决办法
1.4.2 玉米秸秆的储存
1.4.3 玉米秸秆的水解
1.4.4 厌氧发酵工艺
1.5 本课题的研究意义和内容
1.5.1 研究目的和意义
1.5.2 研究内容和技术路线
第2章 失水速率控制下玉米秸秆保质储存方法的探索
2.1 实验原料及方法
2.1.1 实验原料及处理方法
2.1.2 实验设备
2.1.3 分析与计算方法
2.1.4 水热反应方法
2.2 结果与讨论
2.2.1 玉米秸秆收获后失水速率对化学组成的影响
2.2.2 不同失水速率下玉米秸秆的水热反应特性
2.2.3 玉米秸秆收获后及水热反应后的微观结构变化分析
2.3 本章小结
第3章 玉米秸秆的FeCl3催化水热反应及水解动力学研究
3.1 实验原料和方法
3.1.1 实验原料
3.1.2 实验方法
3.1.3 实验设计
3.2 FeCl3 催化水热反应中水解液成分解析
3.3 玉米秸秆FeCl3催化水热反应的动力学研究
3.3.1 Saeman模型预测值与实验值的比较
3.3.2 动力学参数和反应活化能的确定
3.4 联合强度因子对水解效果的评价
3.5 本章小结
第4章 玉米秸秆厌氧发酵基础条件的探索
4.1 实验材料和方法
4.1.1 玉米秸秆和接种污泥
4.1.2 实验方法与指标测定
4.1.3 模型与计算
4.2 实验结果与讨论
4.2.1 玉米秸秆厌氧发酵效率与发酵温度的关系
4.2.2 初始pH值对秸秆厌氧发酵效率的影响
4.2.3 不同初始底物浓度下的发酵效率
4.2.4 底物C/N与沼气产率之间的关系
4.2.5 不同条件下总甲烷产率的动力学分析
4.3 本章小结
第5章 玉米秸秆与生物污泥共发酵的特性研究
5.1 实验材料和方法
5.1.1 实验设备
5.1.2 玉米秸秆和接种污泥
5.1.3 实验及测定方法
5.2 玉米秸秆和生物污泥各自预处理后单独厌氧发酵的特性
5.2.1 预处理对秸秆和污泥性质的影响
5.2.2 各自预处理后单独厌氧发酵沼气产率的变化规律
5.2.3 甲烷含量与产率变化
5.3 FeCl3 催化水热反应玉米秸秆与生物污泥的共发酵特性研究
5.3.1 不同基质配比下共发酵的产气性能及协同性分析
5.3.2 基质中VFA和 pH的变化规律及系统稳定性分析
5.3.3 共发酵体系VS去除率分析
5.3.4 铁元素浓度范围的计算
5.4 不同失水速率控制条件下的玉米秸秆的共发酵特性
5.4.1 沼气产率
5.4.2 甲烷含量与产率变化
5.4.3 基质中VFA和 pH变化情况及系统稳定性分析
5.5 本章小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 建议
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3785307
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