本文關(guān)鍵詞：兩種堿復(fù)合預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響研究

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【摘要】：玉米秸稈是在我國(guó)大面積存在的一種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物,具有分布不集中、堆積密度小、季節(jié)性強(qiáng)、運(yùn)輸成本高等特點(diǎn),大量未被合理利用的秸稈被堆棄在田間,甚至直接露天燃燒,造成了環(huán)境污染問題。利用厭氧消化技術(shù)將玉米秸稈轉(zhuǎn)化為清潔的沼氣,可實(shí)現(xiàn)其資源化利用,是一種環(huán)境友好的可再生能源轉(zhuǎn)化技術(shù)。根據(jù)玉米秸稈元素分析結(jié)果和理論甲烷潛力計(jì)算公式得出玉米秸稈理論產(chǎn)甲烷潛力為431.2 mL·gvs-1。玉米秸稈具有復(fù)雜的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu),要提高秸稈的沼氣轉(zhuǎn)化效率,必須對(duì)其進(jìn)行有效的預(yù)處理,打破各種木質(zhì)纖維素成分之間的連接,從而加快其在厭氧發(fā)酵過程中的水解速度。本課題分別以KOH和Ca(OH)2為強(qiáng)堿、弱堿的代表,研究了兩種堿對(duì)玉米秸稈結(jié)構(gòu)和厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。首先,選取KOH和Ca(OH)2兩種堿作為預(yù)處理試劑,在常溫下對(duì)玉米秸稈進(jìn)行不同濃度(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%w/v)的堿預(yù)處理,考察其對(duì)厭氧消化日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量的影響,并通過掃描電鏡、X-射線衍射、傅里葉中紅外光譜、熱重分析對(duì)不同預(yù)處理后玉米秸稈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行探討。結(jié)果顯示,常溫下,KOH的預(yù)處理效果明顯優(yōu)于Ca(OH)2預(yù)處理,最佳的KOH預(yù)處理濃度為2.5%,累積甲烷產(chǎn)量為295.0 mL·gvs-1,比未預(yù)處理秸稈提升95.6%。KOH和Ca(OH)2預(yù)處理能有效去除木質(zhì)素和半纖維素,且堿濃度越高,去除效果越好。在單獨(dú)堿液預(yù)處理的基礎(chǔ)上,為了節(jié)約預(yù)處理成本,研究了不同配比的KOH和Ca(OH)2常溫聯(lián)合預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。結(jié)果顯示,KOH和Ca(OH)2常溫聯(lián)合預(yù)處理能有效提升玉米秸稈的產(chǎn)氣性能,在保證厭氧消化效果的前提下可用Ca(OH)2部分替代KOH,減少KOH的用量。從節(jié)約成本的角度考慮,可選用0.5%KOH與2.0% Ca(OH)2混合預(yù)處理工藝,其累積甲烷產(chǎn)量與2.0%KOH單獨(dú)預(yù)處理沒有顯著性差異,為271.4 mL·gvs-1,比未預(yù)處理提高了77.0%。此外,本課題還研究了熱堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧消化性能的影響。在55℃下,分別采用不同濃度(0.5%、1.5%、2.0%、2.5%,w/v)KOH、Ca(OH)2以及不同配比的KOH和Ca(OH)2聯(lián)合方式對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,考察預(yù)處理溫度提升后對(duì)厭氧產(chǎn)氣效果的影響。結(jié)果顯示,單獨(dú)堿的熱預(yù)處理能顯著提升玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能。2.0% KOH預(yù)處理?xiàng)l件下產(chǎn)氣性能最好,厭氧消化累積甲烷產(chǎn)量達(dá)到最大值290.8 mL·gvs-1,比未預(yù)處理秸稈提高了86.6%。熱Ca(OH)2預(yù)處理比常溫Ca(OH)2效果有顯著提升,1.5% Ca(OH)2預(yù)處理累積甲烷產(chǎn)量為242.2 mL·gvs-1,比常溫的同濃度條件下產(chǎn)甲烷量提升了19.7%,而熱堿聯(lián)合預(yù)處理的替代效果卻不如常溫堿聯(lián)合預(yù)處理。因此從成本節(jié)約的角度考慮,55℃下,1.5% Ca(OH)2預(yù)處理為最適宜的條件。
【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 厭氧消化 氫氧化鉀 氫氧化鈣
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X712;S216.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符號(hào)說明15-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)沼氣化利用17-18
• 1.3 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀18-24
• 1.3.1 生物預(yù)處理18-19
• 1.3.2 物理預(yù)處理19-20
• 1.3.3 化學(xué)預(yù)處理20-23
• 1.3.4 物理化學(xué)預(yù)處理23-24
• 1.4 研究目的及意義24-25
• 1.5 研究?jī)?nèi)容25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料與方法26-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與接種物26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑26
• 2.3 厭氧消化實(shí)驗(yàn)裝置26-28
• 2.4 分析設(shè)備及方法28-31
• 2.4.1 測(cè)定項(xiàng)目及方法28-31
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2.5 厭氧消化動(dòng)力學(xué)分析31
• 2.6 理論甲烷產(chǎn)量以及生物降解率31-32
• 2.7 數(shù)據(jù)分析與處理32-34
• 第三章 KOH和Ca(OH)_2單獨(dú)預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧消化性能影響34-50
• 3.1 實(shí)驗(yàn)原料34-35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法35-36
• 3.2.1 預(yù)處理方法35-36
• 3.2.2 厭氧消化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)36
• 3.3 結(jié)果與討論36-49
• 3.3.1 預(yù)處理黑液性質(zhì)36-38
• 3.3.2 預(yù)處理后秸稈成分變化情況38-39
• 3.3.3 厭氧消化產(chǎn)氣情況分析39-44
• 3.3.4 動(dòng)力學(xué)及生物降解率分析44
• 3.3.5 常溫堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈結(jié)構(gòu)的影響44-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 KOH與Ca(OH)_2聯(lián)合預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧消化性能的影響50-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)原料50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法50-51
• 4.2.1 聯(lián)合預(yù)處理方法50-51
• 4.2.2 厭氧消化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)51
• 4.3 結(jié)果與討論51-59
• 4.3.1 預(yù)處理后秸稈成分變化情況51-52
• 4.3.2 厭氧消化產(chǎn)氣情況分析52-56
• 4.3.3 動(dòng)力學(xué)及生物降解率分析56-57
• 4.3.4 堿聯(lián)合預(yù)處理對(duì)玉米秸稈結(jié)構(gòu)的影響57-59
• 4.3.5 經(jīng)濟(jì)性分析59
• 4.4 本章小結(jié)59-62
• 第五章 熱堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈厭氧消化性能的影響62-76
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料62-63
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法63
• 5.2.1 熱堿預(yù)處理方法63
• 5.2.2 批式厭氧消化試驗(yàn)設(shè)計(jì)63
• 5.3 結(jié)果與討論63-74
• 5.3.1 熱堿預(yù)處理后秸稈成分變化情況63-64
• 5.3.2 厭氧消化產(chǎn)氣情況分析64-69
• 5.3.3 動(dòng)力學(xué)及生物降解率分析69-70
• 5.3.4 常溫堿預(yù)處理和熱堿預(yù)處理累積甲烷產(chǎn)量對(duì)比70-72
• 5.3.5 熱堿預(yù)處理對(duì)玉米秸稈結(jié)構(gòu)的影響72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 第六章 結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)77
• 6.3 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 致謝84-86
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86-88
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介88-90
• 附件90-91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1102207