【摘要】：氫氣作為一種清潔和可再生的能源,正日益受到人們的關(guān)注。與其它方法相比,生物制氫技術(shù)具有無(wú)污染、成本低和可再生等優(yōu)點(diǎn)。暗發(fā)酵制氫不需要光照和氧氣,可利用的原料來(lái)源廣,可連續(xù)產(chǎn)氫,系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)規(guī)�；瘮U(kuò)大。然而,暗發(fā)酵制氫的效率低,原料成本高,限制了技術(shù)的后續(xù)發(fā)展和推廣�；诖吮尘�,本論文開展了以下四個(gè)方面的研究：(1)用響應(yīng)面法優(yōu)化丁酸梭菌以葡萄糖為底物的條件下發(fā)酵產(chǎn)氫的培養(yǎng)基最適合于菌種生長(zhǎng)的培養(yǎng)基組成并不一定最適合于發(fā)酵制氫。為了提高氫氣的產(chǎn)率和產(chǎn)量,應(yīng)用單因素試驗(yàn)、Plackett-Burman設(shè)計(jì)、最陡爬坡實(shí)驗(yàn)和中心組合設(shè)計(jì)等多種試驗(yàn)評(píng)估和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法,研究幾個(gè)關(guān)鍵變量對(duì)丁酸梭菌利用葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。結(jié)果表明,丁酸梭菌發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳培養(yǎng)基組成是：葡萄糖15.66g/L,酵母提取物6.04g/L,胰蛋白胨4g/L, K2HPO4 3g/L, KH2PO4 3g/L,L-半胱氨酸鹽0.05 g/L, MgSO4·7H2O 0.05 g/L和FeSO4·7H2O 0.3g/L。葡萄糖和酵母粉的濃度對(duì)氫的產(chǎn)率具有顯著影響。在最優(yōu)條件下,氫氣的產(chǎn)率高達(dá)2.15mol H2/mol葡萄糖。(2)兩步稀酸水解甘蔗渣和小桐子果殼并用于制備氫氣利用云南本地特色的兩種熱帶亞熱帶植物的廢棄物甘蔗渣和小桐子果殼,經(jīng)兩步酸水解后,作為丁酸梭菌發(fā)酵的原料制備氫氣。結(jié)果表明：第一步水解的條件為1.5%的稀H2SO4, LSR為1g:10mL,130℃水解60 min；第二步水解的條件為3%的稀H2SO4, LSR為1 g:10mL,150 ℃水解60 min,水解率達(dá)到最優(yōu)(69.3%)。以甘蔗渣和小桐子果殼水解液(還原糖初始濃度為15.66g/L)作為碳源產(chǎn)氫,氫氣產(chǎn)率達(dá)到2.06 mol H2/mol總還原糖(甘蔗渣)和1.95 mol H2/mol總還原糖(果殼)。兩步法水解有效地避免了苛刻反應(yīng)條件下的半纖維素?fù)p失和溫和條件下纖維素水解的不完全,充分有效地利用纖維素和半纖維素以獲得較高得率的還原糖。(3)路易斯酸輔助稀H28O4水解小桐子果殼并用于制備氫氣使用熱水和中性、酸性、堿性洗滌劑預(yù)處理小桐子果殼,除去木質(zhì)纖維素以外的可萃取雜質(zhì),降低其對(duì)果殼水解發(fā)酵的影響。中性洗滌劑對(duì)可萃取雜質(zhì)的脫除程度最高,給木質(zhì)纖維素帶來(lái)的損失較小。中性洗滌劑不僅提高了纖維素和半纖維素的含量,還破壞了木質(zhì)纖維素的無(wú)定形結(jié)構(gòu),提高了纖維素結(jié)晶度。然后研究了稀H25O4在多種路易斯酸輔助下水解小桐子果殼,以降低單一H2SO4催化條件下的反應(yīng)苛刻程度,提高水解反應(yīng)的效率和選擇性。結(jié)果表明,FeCl3在果殼的水解反應(yīng)中與H2SO4產(chǎn)生了最好的協(xié)同。FeCl3不僅水解了果殼中大部分的半纖維素,暴露出纖維素結(jié)構(gòu),而且進(jìn)一步促進(jìn)纖維素水解獲得高收率的葡萄糖。對(duì)水解反應(yīng)的條件進(jìn)行優(yōu)化,在0.11 mol/L FeCl3、1%稀H28O4、溫度132.5℃、時(shí)間58min、LSR為1g:12 mL的條件下獲得了最高的還原糖產(chǎn)率56.9%和還原糖濃度12.07±0.12g/L。水解液通過丁酸梭菌發(fā)酵得到氫氣的產(chǎn)率為1.78±0.01 mol H2/還原糖,(4)小桐子果殼水解液固體殘?jiān)苽浠钚蕴坑糜谒庖好摱竟麣さ乃庖汗腆w殘?jiān)?00℃炭化1h得到生物炭。水解液固體殘?jiān)玫纳锾康奶渴章屎臀锢砦叫阅芤獌?yōu)于果殼制備的生物炭。用響應(yīng)面優(yōu)化生物炭的活化過程,并在KOH:C的質(zhì)量比為3：1、活化溫度為743℃和活化時(shí)間為107 min時(shí)獲得了最高的活性炭收率,預(yù)測(cè)值為63.02%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ920.6;TQ116.2

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本文編號(hào)：2363541