【摘要】：纖維素類生物質(zhì)資源量豐富，可通過直接或間接發(fā)酵途徑轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫，因此在我國研究開發(fā)秸稈類生物質(zhì)的纖維素的轉(zhuǎn)化技術(shù)并將其用于產(chǎn)氫具有較大的優(yōu)勢，對開發(fā)替代能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。用秸稈來發(fā)酵產(chǎn)氫的瓶頸就在于秸稈中木質(zhì)纖維素的水解，預(yù)處理是水解前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是秸稈類生物質(zhì)產(chǎn)氫經(jīng)濟(jì)性的重要制約因素，因此有必要對不同類型秸稈類生物質(zhì)的纖維素結(jié)構(gòu)，及秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理工藝進(jìn)行系統(tǒng)的研究。 本論文在是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超微化秸稈類生物質(zhì)光合連續(xù)產(chǎn)氫過程及代謝熱研究”（項(xiàng)目編號：50976029）的資助下完成的。利用還原糖得率作為考察指標(biāo)，優(yōu)化了秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理工藝，并借助掃描電子顯微鏡和紅外光譜、X射線衍射等技術(shù)分析了超微粉碎后原料表面形貌及組成、結(jié)構(gòu)的變化，綜合各方因素，確定了以秸稈類物質(zhì)作為產(chǎn)氫原料的最佳原料類型和最佳預(yù)處理?xiàng)l件，將超微后底物進(jìn)行產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了超微預(yù)處理酶解用于產(chǎn)氫技術(shù)的技術(shù)可行性，最后，對超微預(yù)處理用于光合產(chǎn)氫及高值化利用過程中的產(chǎn)出-費(fèi)用比（ΔB/ΔC）進(jìn)行分析，研究其經(jīng)濟(jì)可行性，旨在為以秸稈類生物質(zhì)超微粉碎用于光合產(chǎn)氫的研究提供參考和依據(jù)。結(jié)果表明： （1）經(jīng)過超微球磨預(yù)處理，不同類型秸稈類生物質(zhì)的纖維素結(jié)構(gòu)均得到有效破壞，玉米芯由于其結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大，且纖維素含量多，木質(zhì)素的包裹作用最不明顯，球磨后酶解產(chǎn)糖量最高，糖化率高達(dá)46.88%，確定了玉米芯為超微預(yù)處理用于產(chǎn)氫的最佳原料類型。 （2）通過單因素和從正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對產(chǎn)氫用秸稈類生物質(zhì)超微預(yù)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，找出了各因素對還原糖得率的影響主次關(guān)系依次為：球料比、球磨時(shí)間、原料初始粒徑。由方差分析可知，球料比的影響是最為顯著的影響因素。由正交驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，較適宜的超微預(yù)處理工藝為，原料初始粒徑為0.45mm，球料比20:1，球磨時(shí)間為2h。 （3）由FTIR分析，可知不同類型秸稈類生物質(zhì)經(jīng)過球磨預(yù)處理后，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素各組分均不同，且吸光度也有明顯差別。對球磨超微粉碎后的玉米秸稈及玉米芯試樣進(jìn)行X射線衍射分析，可知球磨粉碎后玉米秸稈和玉米芯的衍射強(qiáng)度均低于未球磨情況下，球磨超微粉碎能夠有效降低秸稈類生物質(zhì)的纖維素結(jié)晶度，玉米秸稈和玉米芯的衍射峰位置基本一致。對超微粉碎后的玉米秸稈及玉米芯試樣進(jìn)行SEM表征分析，可知球磨超微粉碎使其細(xì)胞壁被有效打開，微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著改變，有效表面積增大，結(jié)構(gòu)變得疏松多孔。通過對正交試驗(yàn)過程中球磨后各組玉米芯的粒徑分布范圍進(jìn)行分析，得出，粒徑范圍的變化總體上與還原糖得率的關(guān)系為，還原糖得率越高，粒徑分布越小，還原糖得率越低，粒徑分布范圍越大，驗(yàn)證了粒徑大小對超微秸稈類生物質(zhì)酶解產(chǎn)糖效果具有顯著影響。對各組球磨后玉米芯的比表面積進(jìn)行分析，并結(jié)合粒徑分布表可以看出，超微微粒的顆粒越小，其比表面積越大，且其還原糖得率越大。 （4）用各粉碎后秸稈的酶解反應(yīng)液接種光合產(chǎn)氫菌進(jìn)行代謝產(chǎn)氫，各類秸稈的累積產(chǎn)氫量大小規(guī)律與其酶解得糖率規(guī)律一致，說明秸稈類生物質(zhì)酶解所產(chǎn)糖類能有效用于光合生物制氫過程。并確定了玉米芯為本文所選5種不同原料類型中最佳的產(chǎn)氫原料 （5）通過對球磨超微預(yù)處理過程的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行分析，可以看出，ΔB/ΔC的最大值出現(xiàn)在原料初始粒徑0.125mm，球磨時(shí)間0.5h。
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK91
【圖文】：

圖 1-2 厭氧微生物發(fā)酵產(chǎn)氫示意圖Fig. 1-2 Schematic of hydrogen production by anaerobic microbial fermentation2)光合微生物法制氫 光合微生物法制氫是指微生物（細(xì)菌或藻類）通過光合作用將底物分解產(chǎn)生氫氣的方法。藻類（如綠藻等）在光照條件下，通過光合作用分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，所以通常也稱為光分解水產(chǎn)氫途徑，其作用機(jī)理和綠色植物光合作用機(jī)理相似，光合作用路線見圖 1-3。在這一光合系統(tǒng)中，具有兩個(gè)雖然獨(dú)立但是協(xié)調(diào)起作用的光合作用中心：能夠接收太陽能，分解水產(chǎn)生 H+、電子和 O2的光合系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）以及會產(chǎn)生還原劑，用來固定 CO2的光合系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）。PSⅡ產(chǎn)生的電子，由鐵氧化還原蛋白攜帶著經(jīng)由 PSⅡ和 PSⅠ到達(dá)產(chǎn)氫酶，H+在產(chǎn)氫酶的催化作用下在一定的條件下形成 H2。產(chǎn)氫酶是所有生物產(chǎn)氫的關(guān)鍵因素，綠色植物由于沒有產(chǎn)氫酶，所以不能產(chǎn)生氫氣，這是藻類和綠色植物光合作用過程的重要區(qū)別所在。厭氧微生物 分解底物 預(yù)處理農(nóng)產(chǎn)品 有機(jī)廢棄物

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 作用的細(xì)菌，而且具有隨環(huán)境條件變化而改變自身代謝類型的特年以前）出現(xiàn)的，具有原始光能合成體系的原核生物，廣泛分布于污泥和土壤中。1937 年 Nakamura 觀察到 PSB 在黑暗中釋放氫氣en 報(bào)道了深紅螺菌（odospirilum rubrum）光照條件下的產(chǎn)氫現(xiàn)合固氮作用。這以后的許多研究表明，光照條件下產(chǎn)氫和固氮在 菌與綠藻相比，其光合放氫過程中不產(chǎn)氧，只產(chǎn)氫，且產(chǎn)氫純度氫原理如圖 1-4 所示 。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 認(rèn)為光合細(xì)菌產(chǎn)氫由固氮酶催化，已經(jīng)證明光合細(xì)菌可利用多種有機(jī)酸、食產(chǎn)品加工的下腳料產(chǎn)氫。光合細(xì)菌所固有的只有一個(gè)光合作用中心的特殊簡定了它所固有的相對較高的光轉(zhuǎn)化效率。細(xì)菌和光合細(xì)菌聯(lián)合產(chǎn)氫 厭氧細(xì)菌產(chǎn)氫和光合細(xì)菌產(chǎn)氫聯(lián)合起來組成的稱為混合產(chǎn)氫途徑。圖 1-5 給出了混合產(chǎn)氫系統(tǒng)中發(fā)酵細(xì)菌和光合細(xì)菌利用的生物化學(xué)途徑和自由能變化。厭氧細(xì)菌可以將各種有機(jī)物分解成有機(jī)酸獲自身生長所需的能量和還原力，為消除電子積累產(chǎn)生出部分氫氣。
【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李燕紅;林鈺;杏艷;樊耀亭;張亞輝;;農(nóng)作物秸稈廢棄物厭氧發(fā)酵生物制氫的研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2006年11期

2 蓋國勝,徐政;超細(xì)粉碎過程中物料的理化特性變化及應(yīng)用[J];粉體技術(shù);1997年02期

3 鐵生年;李星;李昀珺;;超細(xì)粉體材料的制備技術(shù)及應(yīng)用[J];中國粉體技術(shù);2009年03期

4 尤希鳳,郭新勇;生物制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];河南化工;2003年10期

5 任俊莉;孫潤倉;劉傳富;張愛萍;何北海;林鹿;;陽離子蔗渣半纖維素的合成及表征[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年04期

6 孫君社;蘇東海;劉莉;;秸稈生產(chǎn)乙醇預(yù)處理關(guān)鍵技術(shù)[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年Z2期

7 閆洪;掃描電子顯微鏡和X射線顯微分析原理及在鍍層測試上的應(yīng)用[J];機(jī)電元件;1994年03期

8 杭怡瓊,薛惠琴,郁懷丹,陳誼;白腐真菌對稻草秸稈的降解及其有關(guān)酶活性的變化[J];菌物系統(tǒng);2001年03期

9 郝萬軍;田秋娟;蔡云光;;球料比對球磨機(jī)工作性能的影響數(shù)值分析[J];礦山機(jī)械;2010年23期

10 唐愛民,梁文芷;纖維素預(yù)處理技術(shù)的發(fā)展[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);1999年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 尤希鳳;光合產(chǎn)氫菌群的篩選及其利用豬糞污水產(chǎn)氫因素的研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

2 師玉忠;光合細(xì)菌連續(xù)制氫工藝及相關(guān)機(jī)理研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王艷錦;畜禽糞便污水光合細(xì)菌制氫技術(shù)研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

2 趙志剛;木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理及酶解的研究[D];太原理工大學(xué);2007年

3 安靜;光源和光譜對光合產(chǎn)氫菌群產(chǎn)氫工藝影響研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

本文編號：2841500