用于生物制氫的玉米秸稈協(xié)同預處理工藝實驗研究

【摘要】：目前,我國的大部分農(nóng)作物秸稈未被合理開發(fā)利用,造成了資源的浪費與環(huán)境污染。而豐富的纖維素資源可通過直接或者間接的途徑來生產(chǎn)氫氣。因此在我國研究開發(fā)農(nóng)作物秸稈纖維素轉(zhuǎn)化技術(shù)將其用于制氫具有很大的優(yōu)勢,對于解決能源短缺和保護環(huán)境有著重要意義。但是受限于纖維素降解成本高,產(chǎn)氫效率低的因素,光合制氫的探索道路仍然很漫長。產(chǎn)黃纖維單胞菌能夠產(chǎn)生纖維素酶降解農(nóng)作物秸稈,產(chǎn)生的還原糖和小分子酸可以用于光合細菌制氫。本文研究了首先使用稀硫酸預處理玉米秸稈,然后調(diào)節(jié)pH值,加入已經(jīng)培養(yǎng)好的產(chǎn)黃纖維單胞菌菌液,利用其產(chǎn)生的纖維素酶繼續(xù)降解玉米秸稈,光合細菌利用降解液進行光合產(chǎn)氫的實驗。對今后的秸稈的預處理技術(shù)以及光合產(chǎn)氫技術(shù)進一步的研究有重要的參考價值。研究的結(jié)論總結(jié)如下:(1)首先,通過單因素實驗設(shè)計,對酸處理階段的工藝條件進行了優(yōu)化。得出結(jié)論:還原糖含量隨著硫酸的濃度增加,處理時間延長,溫度升高而增加。當固液比為1:10,硫酸的質(zhì)量分數(shù)為8%,預處理時間為60min,溫度為121℃時,還原糖含量累積最多,最多為888.29mg。(2)生物預處理階段所選的纖維素降解細菌為產(chǎn)黃纖維單胞菌,屬于纖維單胞菌屬,在蛋白胨-牛肉膏瓊脂上的菌落通常凸起,淡黃色,屬于化能異養(yǎng)型細菌,可以進行發(fā)酵代謝,能夠產(chǎn)生多種纖維素酶。實驗測得玉米秸稈在發(fā)酵60h,產(chǎn)酶活性最強。(3)對產(chǎn)黃纖維單胞菌降解玉米秸稈纖維素的工藝條件固液比、pH值和溫度進行了優(yōu)化。得出了以下結(jié)論,玉米秸稈與菌液的固液比(質(zhì)量與體積的比值g/L)為15%,p H為6時,溫度為25℃,還原糖含量最高,還原糖濃度為3.26g/L。(4)通過單因素實驗設(shè)計,對玉米秸稈進行化學-生物協(xié)同預處理的工藝條件進行了優(yōu)化,得出結(jié)論:當玉米秸稈先進行硫酸處理之后,再進行生物預處理。玉米秸稈協(xié)同預處理的時間縮減為12天,還原糖含量大幅度增加。(5)通過正交實驗設(shè)計,對玉米秸稈的協(xié)同預處理工藝條件進行了優(yōu)化,得出結(jié)論:最佳的工藝條件為化學預處理階段中硫酸濃度為8%,處理時間為150min,溫度為121℃,生物預處理初始pH值為5,產(chǎn)黃纖維單胞菌菌液量為30ml。還原糖濃度最高,最高為1520mg,產(chǎn)氫量最多為640ml。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 纖維素降解 產(chǎn)黃纖維單胞菌 光合細菌 氫氣
【學位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S216;TQ116.2
【目錄】：

• 致謝4-7
• 摘要7-8
• 1 引言8-16
• 1.1 研究背景8-14
• 1.1.1 農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀8-9
• 1.1.2 農(nóng)作物秸稈預處理研究進展9-11
• 1.1.3 光合細菌生物制氫的研究進展11-14
• 1.2 課題研究的內(nèi)容14-15
• 1.3 課題的研究意義15-16
• 2 材料與方法16-20
• 2.1 實驗材料16-18
• 2.1.1 實驗原料16
• 2.1.2 實驗用試劑16-17
• 2.1.3 主要的實驗設(shè)備17-18
• 2.1.4 實驗裝置18
• 2.2 實驗方法18-19
• 2.3 主要參數(shù)的測定方法19-20
• 3 玉米秸稈生物質(zhì)協(xié)同預處理20-33
• 3.1 玉米秸稈稀硫酸預處理實驗研究20-25
• 3.1.1 固液比對預處理結(jié)果的影響22-23
• 3.1.2 溫度對預處理結(jié)果的影響23-24
• 3.1.3 酸預處理時間對預處理結(jié)果的影響24
• 3.1.4 不同濃度的濃硫酸對預處理結(jié)果的影響24-25
• 3.1.5 小結(jié)25
• 3.2 玉米秸稈生物預處理實驗研究25-29
• 3.2.1 不同固液比對玉米秸稈生物預處理結(jié)果的影響26-27
• 3.2.2 初始pH值對玉米秸稈生物預處理結(jié)果的影響27
• 3.2.3 不同溫度對玉米秸稈生物預處理結(jié)果的影響27-28
• 3.2.4 預處理時間對玉米秸稈生物預處理結(jié)果的影響28
• 3.2.5 小結(jié)28-29
• 3.3 玉米秸稈生物質(zhì)協(xié)同預處理29-33
• 3.3.1 固液比對協(xié)同預處理結(jié)果的影響29
• 3.3.2 酸濃度對聯(lián)合預處理結(jié)果的影響29-30
• 3.3.3 酸處理溫度對協(xié)同預處理結(jié)果的影響30-31
• 3.3.4 酸預處理時間對協(xié)同預處理結(jié)果的影響31
• 3.3.5 加入不同產(chǎn)黃纖維單胞菌菌液量對協(xié)同預處理結(jié)果的影響31-32
• 3.3.6 生物處理階段不同初始pH值對協(xié)同預處理結(jié)果的影響32-33
• 3.3.7 小結(jié)33
• 4 綜合因素條件下玉米秸稈協(xié)同預處理工藝的優(yōu)化33-35
• 4.1 正交實驗的目的和思路33
• 4.2 確定因素及各因素的水平33
• 4.3 實驗結(jié)果與分析33-35
• 4.4 產(chǎn)氫實驗35
• 4.5 小結(jié)35
• 5 結(jié)論和建議35-37
• 5.1 結(jié)論35-36
• 5.2 建議36-37
• 參考文獻37-42
• ABSTRACT42-43

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