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,玉米秸稈因價(jià)格便宜、可再生以及來源廣泛被認(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,來獲得高的乙醇產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過分批補(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 本研究內(nèi)容概述26-29
• 4.1 目的及意義26-27
• 4.2 研究內(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 纖維素酶用量優(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 纖維素酶用量優(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 纖維素酶用量優(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：英文縮寫詞68-69
• 附錄二：研究成果69-70
• 致謝70

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

可再生能源發(fā)展的財(cái)政政策分析    沈洊;潘寄青;

纖維素乙醇研究開發(fā)進(jìn)展    胡徐騰;

中國作物秸稈資源利用現(xiàn)狀分析    高祥照,馬文奇,馬常寶,張福鎖,王運(yùn)華

我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展政策研究    鹿建光;童莉霞;李艷君;

節(jié)能型乙醇脫水技術(shù)研究進(jìn)展    趙淑芳;劉宗章;張敏華;

纖維素酶協(xié)同作用研究概況    程時(shí)軍;付大波;張偉;

種植密度對(duì)春大豆莖桿飼用營養(yǎng)價(jià)值的影響    翟云龍;章建新;

河北省作物秸稈資源及其利用狀況分析    高利偉;王方浩;馬林;張衛(wèi)峰;馬文奇;張福鎖;

植物纖維墻體材料的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望    盛莉;

華北平原典型農(nóng)區(qū)秸稈資源與利用——以河北省曲周縣為例    牛新勝;張宏彥;牛靈安;

氮肥對(duì)稻米加工品質(zhì)的影響研究    王春香;劉陽;

秸稈型基質(zhì)在甜椒育苗上的應(yīng)用    張秀麗;張曉明;孫克威;

小麥秸稈無土栽培基質(zhì)對(duì)番茄穴盤育苗效果的影響    劉濤;張浩;張毅;趙九洲;胡曉輝;

熱解條件對(duì)農(nóng)作物秸稈熱解產(chǎn)物得率的影響    于雪斐;伊松林;馮小江;張齊生;

熱解條件對(duì)農(nóng)作物秸稈炭性能的影響    馮小江;伊松林;張齊生;

玉米秸發(fā)酵基質(zhì)基本理化性狀分析    劉超杰;郭世榮;王吉慶;

纖維素乙醇的專利綜述與分析    馬博靜;馮吉;李素燕;李晶晶;王曉龍;劉亞娟;

酶菌共降解玉米秸稈的研究    陳合;張強(qiáng);

低酸催化水解稻草制備腐植酸的工藝研究    呂品;于志民;馬獻(xiàn)發(fā);

農(nóng)村環(huán)境典型污染源特征分析    陳儀;夏立江;

歐洲生物質(zhì)厭氧消化工藝研究進(jìn)展    黨鋒;李秀金;

農(nóng)村有機(jī)廢棄物資源及能源轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)    張無敵;李云;尹芳;李建昌;徐銳;陳玉保;許玲;毛羽;

長江流域冬油菜鉀肥施用效果及土壤速效鉀臨界值研究    鄒娟;魯劍巍;陳防;廖志文;李銀水;

可降解餐具碗壓縮特性及有限元分析    景全榮;劉壯;高德;

秸稈還田在鹽漬土改良中的研究進(jìn)展與前景分析    吳從穩(wěn);陳小兵;金海珠;孫運(yùn)朋;顏坤;張立華;

玉米漿干稻秸不同比例混合對(duì)秸稈發(fā)酵品質(zhì)的影響    李欣新;張永根;張微微;張寧;劉凱玉;李春雷;姚慶;

紙漿污泥纖維素酶水解糖化與增效工藝及機(jī)理的研究    呂健

稻草秸稈的預(yù)處理及生產(chǎn)乙醇的研究    孫萬里

含離子液體系統(tǒng)的相平衡、分子熱力學(xué)模型及其在生物質(zhì)預(yù)處理中的應(yīng)用    辛琴

木質(zhì)纖維素原料生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)纖維素乙醇過程的關(guān)鍵技術(shù)研究    張建

玉米秸稈水解及其制備甲基呋喃類液體燃料的研究    張俊華

秸稈循環(huán)利用模式、物流能流分析及功能評(píng)價(jià)    高雪松

纖維素酶高效水解、回收再用與反應(yīng)機(jī)理的研究    張名佳

中國主要生物質(zhì)廢物環(huán)境影響與污染治理策略研究    羅鈺翔

我國可再生能源供給的市場(chǎng)特征與激勵(lì)機(jī)制研究    宋輝

生物燃料發(fā)展對(duì)中國糧食安全的影響研究    付青葉

膨化技術(shù)制備顆粒飼料的研究    臧艷茹

生物質(zhì)綜合利用CDM項(xiàng)目方法學(xué)應(yīng)用研究    李威

我國薯類燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究    李明

稻草秸稈成分分離及其水解液的發(fā)酵制取乙醇研究    李欽鳳

采用秸稈栽培雙孢蘑菇的研究    宋俊芬

纖維素酶的液體發(fā)酵與楊木生物轉(zhuǎn)化乙醇    艾斌凌

混合纖維素酶水解楊木及多菌種共發(fā)酵制備燃料乙醇    王璀璨

高產(chǎn)種植體系中作物養(yǎng)分吸收利用與調(diào)控機(jī)理的研究    姜麗麗

泰安市農(nóng)作物秸稈資源化績效與長效機(jī)制研究    安峰

高架栽培及秸稈基質(zhì)在草莓生產(chǎn)上的應(yīng)用效果    彭月麗

纖維素復(fù)合酶在飼料中的作用及其應(yīng)用的研究    王安

中國能源安全中的馬六甲因素    張潔

可再生能源開發(fā)利用的稅法促進(jìn)    肖江平;

燃料乙醇的生產(chǎn)進(jìn)展和應(yīng)用探討    韓德奇,李偉,張冬捧,徐國英

燃料乙醇熱泵恒沸精餾新工藝的研究    劉宗寬,顧兆林,賀延齡,馮霄

用于乙醇脫水的生物質(zhì)吸附性能    常華,袁希鋼,曾愛武

加堿萃取精餾制取無水乙醇    林軍,顧正桂

突破能源約束的國際比較及對(duì)中國的啟示    吳巧生;金炬;

Mascoma開始在紐約州生產(chǎn)纖維素乙醇    

美國Ensyn和UOP組建可再生燃料技術(shù)合資公司    

    中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館武漢分館 姜山　陳偉

膜型生物反應(yīng)器酒精發(fā)酵與分離耦合過程的動(dòng)力學(xué)模型    湯斌,張慶慶

生物質(zhì)合成氣發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)的研究進(jìn)展    李東;袁振宏;王忠銘;廖翠萍;吳創(chuàng)之;

日本開發(fā)用綠色微藻生產(chǎn)乙醇    

用醋酸菌和酵母混合發(fā)酵釀制米醋    佐伯明比古;周建民;吳世君;

廢物乙醇化處理進(jìn)展    馬文漪，楊柳燕，程樹培

木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化為乙醇的研究概況    劉富梁;王彩霞;厲丹丹;梁蓓蓓;閆麗娟;郭婧;張志群;白海濱;

乙醇發(fā)酵厭氧高溫菌培養(yǎng)基其制備方法和其應(yīng)用    

乙醇-黃原膠耦聯(lián)兩步發(fā)酵    吳劍榮;李朝廷;鄭志永;詹曉北;

《發(fā)酵科技通訊》一九七八年總目錄    

氣流懸浮法發(fā)酵乙醇的工作參數(shù)    余揚(yáng)

運(yùn)用原生質(zhì)體融合技術(shù)構(gòu)建內(nèi)醚糖乙醇發(fā)酵菌株的初步研究    余志晟;張洪勛;莊緒亮;

發(fā)酵戊糖和己糖的重組釀酒酵母的研究進(jìn)展    潘亞平;李學(xué)鳳;袁振宏;楊秀山;

木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵研究進(jìn)展    田沈;徐鑫;孟繁燕;白罰利;楊秀山;

生物質(zhì)合成氣發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)的研究進(jìn)展    王忠銘;袁振宏;吳創(chuàng)之;廖翠萍;

CO_2氣提固態(tài)發(fā)酵制燃料乙醇    俞建良;張栩;譚天偉;

基因重組酵母發(fā)酵木糖產(chǎn)酒精的研究    王周芳;陳明;王冰冰;夏黎明;

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 錢伯章

BP和杜邦加快生產(chǎn)生物丁醇    錢明

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

我國可再生能源開發(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)酵母生長和乙醇發(fā)酵的影響研究    張春明

以菊芋為原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇研究    楊利博