本文關鍵詞：玉米芯的預處理及其產(chǎn)氫工藝研究

  更多相關文章： 玉米芯 NaOH預處理 嗜熱厭氧菌M18 產(chǎn)氫 半連續(xù)流反應器

【摘要】：目前,玉米在我國被廣泛種植,年產(chǎn)量高達數(shù)十億公斤,而玉米芯作為玉米的副產(chǎn)物,除少部分用做牲畜飼料,制糖,大部分都未得以充分利用即被廢棄掉,不僅占地如果焚燒還會造成環(huán)境污染和資源浪費。玉米芯雖然不能被食用,但有機質(zhì)含量較高。因此具有較大的利用的潛力。目前國內(nèi)外關于玉米芯的利用主要集中在制糖,生產(chǎn)糠醛等方面。雖然制氫技術被廣泛關注研究,但關于玉米芯制氫的研究并不多,更沒有實現(xiàn)工業(yè)化應用,大部分制氫技術都利用簡單的碳水化合物,如葡萄糖,淀粉等等,采用玉米芯作為底物能大大降低產(chǎn)氫成本。纖維素具有致密的結晶結構和難水解的木質(zhì)素包覆的外圍,導致纖維素難以被降解利用,這也對菌種提出更高的要求,而本課題組新篩選出的菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18,具有良好地降解纖維素的能力。因此,本課題研究利用此菌M18降解玉米芯產(chǎn)氫,考察其產(chǎn)氣情況和玉米芯的降解情況,從而為利用玉米芯產(chǎn)氫技術的大規(guī)模的工業(yè)化提供一些參考。本實驗主要分為靜態(tài)試驗和運行半連續(xù)流反應器。靜態(tài)試驗在100 m L厭氧瓶中進行,研究首先對培養(yǎng)液初始pH,玉米芯粒徑,反應時間,M18接種量等對反應總氣體產(chǎn)量,氫氣產(chǎn)量,菌體蛋白,發(fā)酵液pH和揮發(fā)酸濃度的影響進行考察,確定M18最適產(chǎn)氫反應條件。靜態(tài)試驗結果表明,M18適合的環(huán)境pH為7-8。減小玉米芯粒徑能夠促進其產(chǎn)氫反應的進行,當粒徑從4 mm減小至0.25 mm,總氣體產(chǎn)量,氫氣含量,均隨粒徑減小而增加,而0.25 mm(60目)之后繼續(xù)減小粒徑,促進效果并未明顯提升;72h之后反應基本完成,M18最佳接種量為7.5%。為進一步提升玉米芯產(chǎn)氫效果,研究采用NaOH對玉米芯進行預處理,通過對比分析預處理對玉米芯成分和形態(tài)以及對其產(chǎn)氫效果的影響確定最優(yōu)預處理條件。未經(jīng)預處理的總產(chǎn)氣量為30-50 mmol/L,氫氣含量為15%-20%。而經(jīng)過預處理的玉米芯產(chǎn)氣能達到60 mmol/L,氫氣含量能達到25%。2%NaOH溶液,90°C水解120 min為NaOH預處理最佳條件。最佳預處理條件下水解后的玉米芯木質(zhì)素由15.2%減少至9.8%,去除率為35.53%。半纖維素也有部分水解溶于NaOH中,由32.6%減少值27.2%,水解掉16.56%,而纖維素大部分被保留。半連續(xù)流實驗反應器為2 L,36 h為一個周期換水,連續(xù)運行20個周期(30 d),考察實際反應器的產(chǎn)氫情況和反應過程中纖維素,半纖維素,木質(zhì)素的降解情況。通過30天的半連續(xù)流反應器運行,前四個周期比較穩(wěn)定,總氣體產(chǎn)量為1000m L/7.5g-玉米芯-1300 mL/7.5g-玉米芯,氫氣含量為20%-25%。產(chǎn)氣情況比靜態(tài)小瓶試驗略低。而從第五個周期開始,產(chǎn)氣量和氫氣含量會有所下降,由于代謝產(chǎn)物的積累和產(chǎn)生一些雜菌導致M18菌體活性下降。需要繼續(xù)接種M18維持反應進行。同時,為分析玉米芯成分降解情況設定72 h運行,研究發(fā)現(xiàn)運行前48 h半纖維素含量下降的比較快,纖維素含量下降的相對較慢,M18會先利用半纖維素作為其產(chǎn)氫的營養(yǎng)物質(zhì),運行72 h后,纖維素降解率為46.02%,半纖維素降解率為50%。
【關鍵詞】：玉米芯 NaOH預處理 嗜熱厭氧菌M18 產(chǎn)氫 半連續(xù)流反應器
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2;X712
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題來源、研究背景及目的和意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究背景10-11
• 1.1.3 課題研究目的及意義11
• 1.2 玉米芯資源利用概述11-15
• 1.2.1 玉米芯的成分及結構11-13
• 1.2.2 玉米芯國內(nèi)外利用現(xiàn)狀13-15
• 1.3 木質(zhì)纖維素產(chǎn)氫研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 木質(zhì)纖維素產(chǎn)氫原理15-17
• 1.3.2 木質(zhì)纖維素產(chǎn)氫國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 木質(zhì)纖維素的預處理18-19
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容和技術路線19-21
• 1.4.1 課題研究的主要內(nèi)容19-20
• 1.4.2 技術路線20-21
• 第2章 實驗材料與實驗方法21-28
• 2.1 實驗材料21-22
• 2.1.1 玉米芯來源21
• 2.1.2 菌種來源21
• 2.1.3 實驗裝置21
• 2.1.4 主要儀器設備21-22
• 2.1.5 培養(yǎng)基配制22
• 2.2 實驗方法22-24
• 2.2.1 M18發(fā)酵玉米芯產(chǎn)氫影響因素研究22-23
• 2.2.2 NaOH預處理玉米芯條件研究23
• 2.2.3 半連續(xù)流反應器利用玉米芯產(chǎn)氫研究23-24
• 2.3 分析方法24-28
• 2.3.1 總氣體及氫氣含量測定24
• 2.3.2 菌體蛋白濃度測定24-25
• 2.3.3 發(fā)酵液pH與揮發(fā)酸濃度測定25
• 2.3.4 玉米芯成分分析25-27
• 2.3.5 玉米芯形態(tài)觀察27-28
• 第3章 M18利用玉米芯產(chǎn)氫影響因素研究28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 培養(yǎng)液初始pH的影響研究28-29
• 3.3 玉米芯粒徑和反應時間的影響研究29-39
• 3.3.1 不同粒徑和反應時間下的總氣體產(chǎn)量和氫氣產(chǎn)量30-33
• 3.3.2 不同粒徑下的菌體蛋白濃度33-34
• 3.3.3 不同粒徑下的發(fā)酵液pH和揮發(fā)酸濃度34-39
• 3.4 M18接種量的影響研究39-40
• 3.4.1 不同接種量下的總氣體產(chǎn)量和氫氣產(chǎn)量39-40
• 3.4.2 不同接種量下的發(fā)酵液pH和揮發(fā)酸濃度40
• 3.5 本章小結40-42
• 第4章 NaOH預處理玉米芯條件及反應器運行42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 NaOH預處理條件研究42-50
• 4.2.1 NaOH溶液濃度43-45
• 4.2.2 NaOH溶液預處理水解時間45-48
• 4.2.3 NaOH溶液預處理水解溫度48-50
• 4.3 玉米芯經(jīng)NaOH溶液預處理前后成分及形態(tài)分析50-53
• 4.3.1 預處理前后玉米芯成分分析50-52
• 4.3.2 預處理前后玉米芯形態(tài)分析52-53
• 4.4 反應器產(chǎn)氫研究53-54
• 4.4.1 總氣體及氫氣產(chǎn)量53-54
• 4.4.2 發(fā)酵液pH與揮發(fā)酸濃度54
• 4.5 玉米芯纖維素，，半纖維素及木質(zhì)素降解研究54-56
• 4.6 本章小結56-58
• 結論58-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果65-67
• 致謝67

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