玉米秸秆保质贮存及水热反应处理提高可生化性方法的研究

【摘要】：秸秆规模化厌氧发酵制沼气是最为有效资源化利用方法之一。由于秸秆木质纤维素含量高,直接对其进行厌氧发酵,不仅发酵速度慢、产气量少,而且利用率低。因此,需要对其进行适当的预处理,以提高其可利用性。本文针对秸秆难水解的问题,从原料特性和预处理两方面,对改善秸秆性质的保质贮存(或称青贮)方法以及提高可生化性的可溶化方法进行了探讨。 实验将鲜玉米秸秆切成1-3 cm的小段,通过添加硝酸、乙酸和氨水等添加剂对切段后秸秆进行青贮。此外,还利用家用榨汁机,对切段后的秸秆进行榨汁处理,并以乙酸作为添加剂对秸秆榨汁渣进行青贮。通过分析青贮期完成后秸秆组成的变化,对青贮效果进行了初步评价。结果表明,与风干杆相比,青贮秸秆的木质素含量降低了12.3-25.8%,结晶度指数降低了4.4-20.1%。 对上述青贮秸秆进行高温热水预处理,并与风干秸秆在相同反应条件下的处理效果进行比较。结果发现,乙酸组青贮秸秆的总糖得率最大值是风干秸秆最大值的2.4倍。 采用ZnCl_2, FeSO_4, Fe_2(SO_4)_3, FeCl_3和Fe(NO_3)_3作为催化剂对对照组(无添加剂)青贮秸秆进行催化水解,研究发现,硝酸铁对秸秆中半纤维素水解的催化效果最好。利用硝酸铁对氨水组(添加氨水)青贮秸秆进行处理,并对硝酸铁浓度、反应时间和反应温度进行了优化。结果表明,硝酸铁为0.05 M,在150℃下,处理10 min时,水解液中的木糖产率达到91.8%理论木糖值,水解液中总糖浓度为33.48 g/L,糠醛浓度仅为0.03 g/L。 为了进一步提高秸秆水解效率,降低催化剂用量,本研究还探索了秸秆经不同溶液低温浸泡,再对浸泡后的渣进行高温硝酸铁催化水解的两步处理法。结果表明,Tween-80溶液和去离子水作为低温浸泡液的两步处理法的总糖得率比直接硝酸铁处理法分别提高了17.5%和12.1%,硝酸铁用量分别减少了31.9和28.3%,而氨水作为浸泡液的两步处理法总糖得率小于直接处理法。虽然Tween-80浸泡处理效果比去离子水稍好,但考虑到Tween-80的添加会增加试剂成本,因此,去离子水是比较适宜的低温浸泡液。此外,还利用去离子水作为低温浸泡液的两步处理法对不同的秸秆进行了处理,均取得了较好的水解效果。 本文还对硝酸铁催化对照组和硝酸组(添加硝酸)青贮秸秆中的半纤维素水解动力学进行了研究。采用Seaman模型对实验数据进行分析,得到木糖的生成速率和降解速率。结果表明,Saeman模型能够很好的预测硝酸铁催化青贮玉米秸秆中半纤维素的水解反应。并应用阿累尼乌斯方程计算出对照组和硝酸组青贮秸秆的半纤维素水解活化能分别为44.4和3.1 kJ/mol。 【关键词】：玉米秸秆 青贮 预处理 添加剂 金属盐 动力学 两步法
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 秸秆的产生与资源价值10-12
• 1.1.1 秸秆的产生10-11
• 1.1.2 秸秆的资源价值11-12
• 1.2 秸秆的化学组成与结构特性12-16
• 1.2.1 纤维素13-14
• 1.2.2 半纤维素14-15
• 1.2.3 木质素15-16
• 1.3 秸秆能源化利用现状和存在的问题16-19
• 1.3.1 秸秆燃烧发电16-17
• 1.3.2 秸秆气化17
• 1.3.3 秸秆制备乙醇17-18
• 1.3.4 秸秆厌氧发酵制沼气18-19
• 1.4 秸秆厌氧发酵制沼气前处理方法研究进展19-29
• 1.4.1 秸秆预处理方法19-25
• 1.4.2 秸秆的青贮技术25-29
• 1.5 研究目的与内容29-30
• 第二章 秸秆在不同贮存条件下的变化特性及水解效果评价30-49
• 2.1 材料与方法30-34
• 2.1.1 材料与设备30-31
• 2.1.2 试验方法31-34
• 2.2 结果与讨论34-48
• 2.2.1 秸秆青贮发酵产物变化情况分析34-36
• 2.2.2 青贮方法对秸秆化学组成及结构的影响36-38
• 2.2.3 鲜秸秆、风干秸秆以及青贮秸秆的高温热水处理结果对比分析38-48
• 2.3 小结48-49
• 第三章 青贮秸秆在金属盐催化下的水解效果分析49-59
• 3.1 材料与方法49-51
• 3.1.1 实验材料与设备49-50
• 3.1.2 实验方法50-51
• 3.2 结果与讨论51-58
• 3.2.1 秸秆中半纤维素在不同金属盐催化下的水解效果51-52
• 3.2.2 硝酸铁浓度对木糖产率的影响52
• 3.2.3 反应温度和时间对秸秆中半纤维素水解的影响52-54
• 3.2.4 反应温度和时间对秸秆中纤维素水解的影响54-56
• 3.2.5 反应温度和时间对水解液中总糖产率的影响56
• 3.2.6 联合强度因子对水解液中可溶性总糖和总抑制物浓度的影响56-57
• 3.2.7 SEM 分析57-58
• 3.3 小结58-59
• 第四章 秸秆两步处理法效果与解析59-80
• 4.1 材料与方法59-60
• 4.1.1 实验材料59-60
• 4.1.2 实验方法60
• 4.2 结果与讨论60-78
• 4.2.1 直接硝酸铁催化水解结果分析60-62
• 4.2.2 低温浸泡液的筛选62-71
• 4.2.3 不同秸秆两步处理法水解效果分析71-78
• 4.3 本章小结78-80
• 第五章 青贮玉米秸秆中半纤维素水解动力学研究80-90
• 5.1 材料与方法80-82
• 5.1.1 实验材料80
• 5.1.2 实验方法80-82
• 5.2 实验结果与讨论82-89
• 5.2.1 青贮秸秆硝酸铁催化水解过程动力学分析82-86
• 5.2.2 木糖产率的优化86-87
• 5.2.3 水解液中总水溶性木糖产率87-88
• 5.2.4 水解液中糠醛的浓度88-89
• 5.3 本章小结89-90
• 第六章 结论与展望90-93
• 6.1 结论90-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-103
• 发表论文和参加科研情况说明103-104
• 致谢104

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

不同汽爆预处理对干玉米秸秆青贮效果的影响    贾晶霞;梁宝忠;王艳红;赵永亮;李建东;

添加甲酸对白花草木樨青贮品质的影响    杨富裕,周禾,韩建国

水/有机溶剂混合体系去除秸秆木素的研究    朱世步;姜曼;王伟;周祚万;

国外青贮接种菌研究进展    时建忠

玉米秸秆发酵法生产燃料酒精的研究进展    张强,陆军,侯霖,金花,朴敬惠

秸秆预处理技术存在的问题与发展前景    刘睿;万楚筠;黄茜;黄凤洪;

秸秆发电技术的现状和展望    黄军军;黄程鹏;董军;

秸秆气化技术研究现状与对策分析    张文斌;张龙全;

玉米秸秆氨化汽爆处理及其固态发酵    杨雪霞,陈洪章,李佐虎

汽爆秸秆高温固态发酵沼气的研究    宋永民;陈洪章;

影响青贮饲料品质因素的研究进展    张德玉;李忠秋;刘春龙;

表面活性剂在废木质纤维素制酒精中的应用基础研究    刘佳

木质纤维素转化为生物乙醇过程中关键问题的研究    吕学斌

基于提高麦秸厌氧消化性能的碱预处理方法研究及工程应用    庞云芝

微流注放电玉米秸秆水解制备糖类化合物    宋春莲

添加剂对玉米秸秆青贮饲料质量影响的试验研究    席兴军

添加乙酸钠盐对青贮品质及有氧稳定性的影响    张新慧

我国民族地区教育发展的现状与对策    顾华详

高龄老人户外交往空间设计分析    付飞;李异;张健;

全球气候变化下低碳城市实现的规划途径    张洪波;徐苏宁;

基于情景分析法的循环经济规划研究——以安徽能源循环经济规划为例    崔木花;

略论非合理性政府行为与政府成本刚性    汪少波

当前我国分配领域的突出问题及其对策分析    黄晓霓;

添加外源纤维素酶对土壤原生纤维素酶活性的影响    李飒;聂俊华;

对我国居民消费率过低的几点思考    王守敬;

新农村建设视域中的当代中国马克思主义大众化    孟祥健;

浅析安徽省秸秆综合利用现状    王慧;田长安;尹奇异;林超超;方小亮;徐旭东;卫涛;

长三角循环经济发展所面临的主要挑战    胡建一;

沿巢湖地区沼气能源规模化生产利用模式的探讨及生态效益分析    张庆国;杨书运;吴朝;李鉴清;朱雅莉;

京津冀区域旅游文化产业合作研究    常慧娟;

节能高效、减排低碳与责任和快速工业化及经济腾飞    滕吉文;阮小敏;张永谦;闫雅芬;

民营房地产业发展报告    李毅;

我国生活垃圾分类回收的推广与普及    王娜;邱琦;

化肥减施及秸秆过腹还田对土壤理化性质的影响——以弘毅生态农场为例    唐海龙;徐玉新;蒋高明;刘沙沙;张偲;钟世霞;

农村秸秆焚烧带来的危害及如何综合利用    王奇;张祯;万敬华;

苕溪流域典型村落水污染特征调查研究    郭雪松;邹娟;梁瀚文;刘俊新;

“积极老龄化”理论视角下的我国老龄旅游产业发展战略    黄璜;

珠江三角洲城市职业女性体育生活方式研究    杜熙茹

科学人才观的理论内涵与实践应用研究    胡雪梅

科技进步对劳动就业影响的实证研究    汪慧玲

转型中的中国国家治理研究    陈春常

我国高校教师人力资本定价研究    董国强

黑龙江省产业结构优化及仿真    李玉凤

高新技术产业可持续发展模式研究    刘林

信任和关系承诺对第三方物流整合与绩效的影响    罗力

中国粮食流通支持政策研究    王耀鹏

中国新型农村社会养老保险制度研究    闫俊

竹纤维基液体地膜的制备与表征    任荷玲

基于DEA方法的农地利用效率差异研究    高晓辉

蓖麻成熟期胚抑制消减cDNA文库构建及其差异表达基因分析    高艳平

棉花纤维发育伸长期和次生壁加厚期数字表达谱分析    闫恒超

资源型城市生态经济系统可持续发展研究    王旭

煤粉永磁强磁滤器的研究    刘鹏

生物质快速热解制生物质油的实验研究    胡兴涛

木质层孔菌产MnP培养体系优化及酶学性质研究    陈聪

湘中南地区农村初中学校体育发展的影响因素及对策研究    谭啸

废弃植物纤维资源中药香茶菜药渣制浆造纸性能研究    袁琳

不同收割时间对甜玉米秸秆的营养价值和青贮发酵品质的影响    崔卫东;董朝霞;张建国;魏建生;林禄成;张明;

氨态氮测定方法的研究    叶丽娟,李强国

蒸汽爆破处理的玉米秸秆饲料饲用安全性的研究    刘东波,王秀然,陈珊,史晓昆

添加己酸和盐酸对玉米秸秆青贮饲料质量的影响    席兴军,韩鲁佳,原慎一郎,甘利雅弘

添加乳酸菌和纤维素酶对玉米秸秆青贮饲料品质的影响    席兴军,韩鲁佳,原慎一郎,野中和久

中国农作物秸秆资源及其利用现状    韩鲁佳,闫巧娟,刘向阳,胡金有

不同添加剂对全株玉米和青玉米秸青贮饲料质量的影响    刘贤,韩鲁佳,原慎一郎,野中和久

汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺优化    赖智乐;常春;马晓建;魏巍;罗永生;王铎;

基于作业成本法的秸秆直燃发电物流成本分析    陈丽欢;李毅念;丁为民;刘金龙;申宝营;

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性    徐桂转;范帅尧;王新锋;田道盟;张百良;

乳酸菌的分离鉴定及其在玉米秸秆青贮中的应用    张大伟

北欧国家的生物质能开发及启示    汪业林;

双乙酸钠饲喂断奶仔猪试验    黄玉德,黄磊,李明贵

稀酸降解植物纤维素的研究    杭志喜,崔海丽

两种白腐菌降解油菜秸秆效果的研究    朱洪龙;王力生;蔡海莹;解宜林;邹松阳;杨海;

青贮饲料的研究、发展及现状    周德宝

应用微生物接种剂和酶制剂调制玉米秸的研究    韩继福,王建兵,高宏伟

京郊作物秸杆的利用现状    朱姝青

发展生物质气化 利用可再生能源    王大山

绿色木霉纤维素酶AS3.3032液体发酵的研究    张德强,黄镇亚,张志毅

绿色木霉纤维素酶AS3.3032固态发酵的研究    张德强,黄镇亚,张志毅

农作物秸秆的热解及在水中的液化研究    宋春财

超声波作用下纤维素纤维结构与性质的研究    唐爱民

添加剂对玉米秸秆青贮饲料质量影响的试验研究    席兴军

玉米秸秆青贮前后营养成分变化规律的研究    余汝华

常温常压无催化剂CH_4与N_2等离子体合成新物质研究    王宁

乳酸菌与纤维素酶制剂对不同青贮饲料质量影响的试验研究    兴丽

牛粪常温厌氧发酵特性的试验研究    王丽丽

常压DBD微流柱特性诊断方法研究    王南飞

木质纤维素酸水解研究    张军伟

利用玉米秸秆机械加工兔用颗粒饲料技术初探    郑军;曾平欧;

玉米秸秆稀酸水解糖化法影响因子的研究    江滔;路鹏;李国学;

玉米秸秆的综合开发利用    张强;秦涛;张红艳;阮祥稳;

膨化技术用于玉米秸秆厌氧干发酵的试验研究    寇巍;赵勇;徐鑫;车振宇;李世密;张大雷;

利用体外累积产气技术对玉米秸秆不同部位营养价值的评定    夏冬华;雒秋江;杨开伦;

固体酸催化半纤维素水解的基础动力学研究    项巍;朱建良;

木聚糖酶降解玉米秸秆的工艺研究    张强;马齐;徐升运;陈卫峰;刘敏;

玉米秸秆直接还田与堆沤还田的效果比较    王英;

玉米秸秆饲喂反刍家畜配套新技术    

粉状玉米秸秆微生物饲料喂肉鸭试验    彭华,安只红

~(13)C标记玉米秸秆分解过程中有机碳变化规律研究    暴春平;郭岩彬;杨景娜;吴文良;孟凡乔;

不同加水量对玉米秸秆发酵酒精的影响    董惠钧;李华;贾士儒;

玉米秸秆的饲料加工利用技术探析    侯方安;康云友;

玉米秸秆纤维瘤胃微生物预处理的展望    侯哲生;佟金;

青干贮专用复合酶对小麦和玉米秸秆体外预消化效果的研究    姜飞;张玉枝;孙赫;

玉米秸秆双孢蘑菇冬种技术的研究与推广    孟丽;许桂芳;

干玉米秸混菌两次发酵方法研究    李景云;马彦昆;苏江顺;张维琴;许翠华;赵立群;

利用玉米秸秆制备定向刨花板的研究    杨蕊;

长期施用玉米秸杆对黑土团聚体中腐殖质组成和性质的影响    陈辉;窦森;

玉米秸秆颗粒燃料致密成型电耗测试    李在峰;雷廷宙;何晓峰;杨树华;

玉米秸秆做温室：省钱效益高    乐亭县乐亭镇农业办 李世珍

广平4.5万亩秸秆变成饲料“罐头”    马永存、宁学玲、姜艳

广平秸秆饲料“远嫁”韩国    记者 郑惠华通讯员 马永存 郝爱良

玉米秸秆变成金    张相 罗立源 记者　付强

玉米秸秆饲料加工十大技术    

13万亩玉米秸秆何时生金    本报记者 杨涛军

冬季如何堆制玉米秸秆肥    吴凡

开鲁县为玉米秸秆管理“立法”    杨卫东

玉米秸秆栽培食用菌要点    沈瑞

山东张店：玉米秸秆变成宝贵资源    本报记者 单保江通讯员 张秀贵

玉米秸秆保质贮存及水热反应处理提高可生化性方法的研究    孙优善

微波辅助下木质纤维素降解与溶解过程的研究    牟莉

砂姜黑土区小麦玉米一年两熟秸秆全量还田对夏玉米生育及产量影响研究    沈学善

玉米秸秆为原料燃料乙醇制备的关键问题研究    李冬梅

利用玉米秸秆制取燃料乙醇的关键技术研究    陈明

利用农业秸秆制备阴离子吸附剂及其性能的研究    王宇

秸秆培肥土壤对大孔隙流中养分淋失的影响    耿玉辉

功能化半纤维素高效合成及其材料应用研究    彭新文

燃料乙醇固态发酵生产工艺的研究    王瑞明

玉米秸秆发酵生产酒精的研究    张强

纤维素酶高产菌株选育与玉米秸秆生产酒精工艺研究    王倩

甜椒有机栽培基质的研究    边鸣镝

微生物处理玉米秸秆生产蛋白饲料的研究    张红莲

松嫩草原重度盐碱化草地玉米秸秆改良研究    吴泠

添加剂对玉米秸秆青贮饲料质量影响的试验研究    席兴军

玉米秆爆破酶解残渣木质素的结构特性    朱晓雪

玉米秸秆废弃物在制浆造纸领域中的应用    陈洪雷

利用体外产气法研究玉米秸秆瘤胃发酵的影响因素    许琴

微波预处理玉米秸秆的工艺研究    潘晓辉

玉米秸秆茎叶分离机理试验研究    高梦祥