利用未水洗汽爆玉米秸稈統(tǒng)合生產(chǎn)生物乙醇及甲烷的研究

【摘要】：可再生清潔生物能源以其緩解化石能源危機(jī)、保護(hù)環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。在中國(guó),玉米秸稈因價(jià)格便宜、可再生以及來(lái)源廣泛被認(rèn)為纖維素乙醇工業(yè)化生產(chǎn)的理想原料。然而,高底物濃度下生產(chǎn)纖維素乙醇,提高生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。 本研究以未水洗蒸汽爆破預(yù)處理玉米秸稈為原料,建立統(tǒng)合生產(chǎn)生物乙醇及甲烷的工藝。在生物乙醇生產(chǎn)工藝中,采用批式補(bǔ)料的策略進(jìn)行高底物濃度同步糖化發(fā)酵,來(lái)獲得高的乙醇產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)分批補(bǔ)料,終底物濃度達(dá)到35.5%(w/w),最高乙醇濃度在72h達(dá)到69.8g/kg,相當(dāng)于理論值的73%,纖維素轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%。 為闡明木質(zhì)纖維素原料乙醇發(fā)酵殘留物產(chǎn)甲烷的能力,本研究以乙醇發(fā)酵殘留物、發(fā)酵殘留物上清及固體部分分別進(jìn)行產(chǎn)甲烷潛力實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明,發(fā)酵殘留物產(chǎn)甲烷潛力為46mL CH4/g底物,上清部分產(chǎn)甲烷潛力為12mL CH4/g底物,固體部分產(chǎn)甲烷潛力達(dá)到286mL CH4/g底物,從而證明高底物濃度汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物具有較好的產(chǎn)甲烷潛力。高底物乙醇發(fā)酵殘留物于3L厭氧反應(yīng)器內(nèi)利用富集馴化菌群進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)甲烷,經(jīng)過(guò)52d厭氧消化,VS去除率55.3%,甲烷產(chǎn)率320mL/g VS。 乙醇甲烷統(tǒng)合共生產(chǎn)工藝物料平衡分析,lkg玉米秸稈可產(chǎn)生197g乙醇和96g甲烷,這表明統(tǒng)合工藝相比單獨(dú)生產(chǎn)纖維素乙醇工藝,不僅可以實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素原料的多級(jí)利用,而且生物質(zhì)產(chǎn)率提高9.6%。 【關(guān)鍵詞】：高底物濃度乙醇發(fā)酵 批式補(bǔ)料 厭氧消化 共生產(chǎn) 物料平衡
【學(xué)位授予單位】：首都師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TQ223.122;TQ221.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-9
• 圖目錄9-11
• 表目錄11-12
• 第一部分 緒論12-29
• 1 研究背景12-13
• 1.1 能源形勢(shì)12
• 1.2 生物乙醇的開(kāi)發(fā)與利用12-13
• 2 以木質(zhì)纖維素為原料的乙醇生產(chǎn)13-22
• 2.1 木質(zhì)纖維素的組成13-16
• 2.2 木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理16-18
• 2.3 木質(zhì)纖維素原料的水解糖化18-19
• 2.4 發(fā)酵菌種19-20
• 2.5 木質(zhì)纖維素原料的乙醇發(fā)酵20-21
• 2.6 乙醇的回收21-22
• 3 纖維素乙醇發(fā)酵殘留物厭氧消化產(chǎn)甲烷22-26
• 3.1 厭氧消化產(chǎn)甲烷過(guò)程22-24
• 3.2 厭氧消化工藝參數(shù)24-25
• 3.3 木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)產(chǎn)甲烷25-26
• 3.4 纖維素乙醇發(fā)酵聯(lián)合甲烷共生產(chǎn)26
• 4 本研究?jī)?nèi)容概述26-29
• 4.1 目的及意義26-27
• 4.2 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線27-29
• 第二部分 材料與方法29-41
• 1 實(shí)驗(yàn)材料29-31
• 1.1 木質(zhì)纖維素原材料29
• 1.2 菌種29-30
• 1.3 培養(yǎng)基30
• 1.4 實(shí)驗(yàn)試劑30-31
• 1.5 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2 實(shí)驗(yàn)方法31-36
• 2.1 菌種培養(yǎng)31-32
• 2.2 汽爆玉米秸稈SHF與SSF32
• 2.3 汽爆玉米秸稈預(yù)酶解實(shí)驗(yàn)32
• 2.4 纖維素酶用量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)32-33
• 2.5 高底物濃度批式補(bǔ)料同步糖化發(fā)酵實(shí)驗(yàn)(Fed-batch SSF)33-34
• 2.6 以乙醇發(fā)酵殘留物為底物的厭氧菌群篩選試驗(yàn)34-35
• 2.7 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物產(chǎn)甲烷菌群富集馴化實(shí)驗(yàn)35
• 2.8 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物產(chǎn)甲烷潛力實(shí)驗(yàn)(BMP)35-36
• 2.9 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物厭氧消化產(chǎn)甲烷實(shí)驗(yàn)36
• 3 分析測(cè)試方法36-41
• 3.1 玉米秸稈及汽爆玉米秸稈成分分析36-37
• 3.2 單糖濃度分析測(cè)試方法37-38
• 3.3 乙醇發(fā)酵過(guò)程中糖濃度及乙醇濃度分析測(cè)試方法38
• 3.4 TS、VS測(cè)定38-39
• 3.5 COD分析測(cè)定方法39
• 3.6 甲烷及揮發(fā)性脂肪酸測(cè)定方法39-41
• 第三部分 結(jié)果與分析41-57
• 1 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn)41-49
• 1.1 汽爆玉米秸稈成分分析41
• 1.2 釀酒酵母Y5生長(zhǎng)曲線41-42
• 1.3 汽爆玉米秸稈SHF與SSF42-43
• 1.4 汽爆玉米秸稈預(yù)酶解實(shí)驗(yàn)43-44
• 1.5 纖維素酶用量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)44-45
• 1.6 高底物濃度批式補(bǔ)料同步糖化發(fā)酵實(shí)驗(yàn)(Fed-batch SSF)45-49
• 2 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物厭氧消化產(chǎn)甲烷49-55
• 2.1 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物組成及特性49-50
• 2.2 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物厭氧菌群的篩選試驗(yàn)50-51
• 2.3 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物產(chǎn)甲烷菌群富集馴化51-52
• 2.4 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物甲烷潛力測(cè)試實(shí)驗(yàn)52-55
• 2.5 未水洗汽爆玉米秸稈乙醇發(fā)酵殘留物厭氧消化產(chǎn)甲烷實(shí)驗(yàn)55
• 3 乙醇甲烷統(tǒng)合生產(chǎn)物料平衡分析55-57
• 第四部分 討論57-60
• 1 未水洗汽爆玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)乙醇57-58
• 1.1 汽爆玉米秸稈SSF與SHF實(shí)驗(yàn)對(duì)比57
• 1.2 纖維素酶用量?jī)?yōu)化及預(yù)酶解實(shí)驗(yàn)57
• 1.3 高底物濃度批式補(bǔ)料同步糖化發(fā)酵實(shí)驗(yàn)57-58
• 2 乙醇發(fā)酵殘留物厭氧消化產(chǎn)甲烷58
• 2.1 乙醇發(fā)酵殘留物產(chǎn)甲烷潛力實(shí)驗(yàn)58
• 2.2 厭氧消化產(chǎn)甲烷實(shí)驗(yàn)58
• 3 統(tǒng)合生產(chǎn)生物乙醇及甲烷58-60
• 第五部分 結(jié)論60-61
• 本研究創(chuàng)新點(diǎn)61-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 附錄68-70
• 附錄一：英文縮寫(xiě)詞68-69
• 附錄二：研究成果69-70
• 致謝70

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廢物乙醇化處理進(jìn)展    馬文漪，楊柳燕，程樹(shù)培

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運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌細(xì)胞表面展示載體的構(gòu)建與基因表達(dá)    何明雄;馮紅;張義正;

酶法糖化玉米芯發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的研究    趙晶;陳明;張靖方;夏黎明;

馬鈴薯液體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝的研究    文庭池;康冀川;張橋;雷幫星;

固定化細(xì)胞木質(zhì)纖維素稀酸水解液乙醇發(fā)酵研究    張晶;錢(qián)明宇;李學(xué)鳳;潘亞平;楊秀山;

河南用秸稈生產(chǎn)乙醇技術(shù)取得突破    豫文

秸稈造乙醇技術(shù)獲突破    孫中杰 通訊員　陳鐵 李瑞

植物纖維轉(zhuǎn)化燃料乙醇漸成熟    侯杰

中科院布局纖維素乙醇煉制戰(zhàn)略    記者 李曉巖

尋找新能源    王志紅

專(zhuān)利助云南燃料乙醇產(chǎn)業(yè)漸成氣候    李躍輝

石油巨頭在新能源干線上賽跑    本報(bào)特約記者 錢(qián)伯章

BP和杜邦加快生產(chǎn)生物丁醇    錢(qián)明

從“礦物煉制”轉(zhuǎn)向“生物煉制”    中國(guó)科學(xué)院院士 金涌

我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用前景廣闊    本報(bào)記者　 陳勝波

硬質(zhì)闊葉木木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵的研究    孫曉琦

釀酒酵母遺傳操作方法研究及乙醇發(fā)酵高產(chǎn)菌株構(gòu)建    侯麗華

預(yù)處理方法對(duì)甜高粱莖稈汁液及殘?jiān)掖及l(fā)酵的影響    曹衛(wèi)星

細(xì)胞循環(huán)硅橡膠膜生物反應(yīng)器連續(xù)乙醇發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型研究    伍勇

Ectoines高效制備技術(shù)及其應(yīng)用研究    郎亞軍

克魯維酵母同步糖化發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇的研究    袁文杰

粗糙脈孢菌AS3.1602乙醇發(fā)酵的代謝研究    張志華

生物質(zhì)氣化洗焦廢水的微生物降解研究以及生物質(zhì)稀酸水解液的乙醇發(fā)酵研究    田沈

酵母細(xì)胞超高濃度乙醇連續(xù)發(fā)酵振蕩行為的研究    申渝

酵母甘油代謝工程與基因組重排構(gòu)建乙醇高產(chǎn)菌株及相關(guān)機(jī)理研究    王品美

超高濃度乙醇發(fā)酵通氣補(bǔ)料新工藝研究    高培培

電子受體對(duì)超高濃度乙醇發(fā)酵副產(chǎn)物形成的影響    詹美蓉

全基因組重排構(gòu)建適合于高濃度乙醇發(fā)酵的釀酒酵母工業(yè)菌株    劉天喆

生物質(zhì)糖化和乙醇發(fā)酵菌種資源的研究    張立

利用富含淀粉的亞心型四爿藻生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的研究    廖莎

乙醛促進(jìn)超高濃度乙醇發(fā)酵及穩(wěn)定期酵母生理變化    郭加明

木糖乙醇發(fā)酵菌種的研究    代金龍

除去蛋白質(zhì)后生物質(zhì)乙醇發(fā)酵工藝研究    陳慧

SPSC01廢液全循環(huán)乙醇連續(xù)發(fā)酵及發(fā)酵副產(chǎn)物對(duì)酵母生長(zhǎng)和乙醇發(fā)酵的影響研究    張春明

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