本文關鍵詞：兩種堿復合預處理對玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響研究

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【摘要】：玉米秸稈是在我國大面積存在的一種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物,具有分布不集中、堆積密度小、季節(jié)性強、運輸成本高等特點,大量未被合理利用的秸稈被堆棄在田間,甚至直接露天燃燒,造成了環(huán)境污染問題。利用厭氧消化技術將玉米秸稈轉(zhuǎn)化為清潔的沼氣,可實現(xiàn)其資源化利用,是一種環(huán)境友好的可再生能源轉(zhuǎn)化技術。根據(jù)玉米秸稈元素分析結(jié)果和理論甲烷潛力計算公式得出玉米秸稈理論產(chǎn)甲烷潛力為431.2 mL·gvs-1。玉米秸稈具有復雜的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu),要提高秸稈的沼氣轉(zhuǎn)化效率,必須對其進行有效的預處理,打破各種木質(zhì)纖維素成分之間的連接,從而加快其在厭氧發(fā)酵過程中的水解速度。本課題分別以KOH和Ca(OH)2為強堿、弱堿的代表,研究了兩種堿對玉米秸稈結(jié)構(gòu)和厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。首先,選取KOH和Ca(OH)2兩種堿作為預處理試劑,在常溫下對玉米秸稈進行不同濃度(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%w/v)的堿預處理,考察其對厭氧消化日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量的影響,并通過掃描電鏡、X-射線衍射、傅里葉中紅外光譜、熱重分析對不同預處理后玉米秸稈的結(jié)構(gòu)進行分析,對其作用機理進行探討。結(jié)果顯示,常溫下,KOH的預處理效果明顯優(yōu)于Ca(OH)2預處理,最佳的KOH預處理濃度為2.5%,累積甲烷產(chǎn)量為295.0 mL·gvs-1,比未預處理秸稈提升95.6%。KOH和Ca(OH)2預處理能有效去除木質(zhì)素和半纖維素,且堿濃度越高,去除效果越好。在單獨堿液預處理的基礎上,為了節(jié)約預處理成本,研究了不同配比的KOH和Ca(OH)2常溫聯(lián)合預處理對玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能的影響。結(jié)果顯示,KOH和Ca(OH)2常溫聯(lián)合預處理能有效提升玉米秸稈的產(chǎn)氣性能,在保證厭氧消化效果的前提下可用Ca(OH)2部分替代KOH,減少KOH的用量。從節(jié)約成本的角度考慮,可選用0.5%KOH與2.0% Ca(OH)2混合預處理工藝,其累積甲烷產(chǎn)量與2.0%KOH單獨預處理沒有顯著性差異,為271.4 mL·gvs-1,比未預處理提高了77.0%。此外,本課題還研究了熱堿預處理對玉米秸稈厭氧消化性能的影響。在55℃下,分別采用不同濃度(0.5%、1.5%、2.0%、2.5%,w/v)KOH、Ca(OH)2以及不同配比的KOH和Ca(OH)2聯(lián)合方式對玉米秸稈進行預處理,考察預處理溫度提升后對厭氧產(chǎn)氣效果的影響。結(jié)果顯示,單獨堿的熱預處理能顯著提升玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣性能。2.0% KOH預處理條件下產(chǎn)氣性能最好,厭氧消化累積甲烷產(chǎn)量達到最大值290.8 mL·gvs-1,比未預處理秸稈提高了86.6%。熱Ca(OH)2預處理比常溫Ca(OH)2效果有顯著提升,1.5% Ca(OH)2預處理累積甲烷產(chǎn)量為242.2 mL·gvs-1,比常溫的同濃度條件下產(chǎn)甲烷量提升了19.7%,而熱堿聯(lián)合預處理的替代效果卻不如常溫堿聯(lián)合預處理。因此從成本節(jié)約的角度考慮,55℃下,1.5% Ca(OH)2預處理為最適宜的條件。
【關鍵詞】：玉米秸稈 厭氧消化 氫氧化鉀 氫氧化鈣
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X712;S216.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符號說明15-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)沼氣化利用17-18
• 1.3 木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)預處理技術應用現(xiàn)狀18-24
• 1.3.1 生物預處理18-19
• 1.3.2 物理預處理19-20
• 1.3.3 化學預處理20-23
• 1.3.4 物理化學預處理23-24
• 1.4 研究目的及意義24-25
• 1.5 研究內(nèi)容25-26
• 第二章 實驗原料與方法26-34
• 2.1 實驗原料與接種物26
• 2.2 實驗試劑26
• 2.3 厭氧消化實驗裝置26-28
• 2.4 分析設備及方法28-31
• 2.4.1 測定項目及方法28-31
• 2.4.2 實驗儀器31
• 2.5 厭氧消化動力學分析31
• 2.6 理論甲烷產(chǎn)量以及生物降解率31-32
• 2.7 數(shù)據(jù)分析與處理32-34
• 第三章 KOH和Ca(OH)_2單獨預處理對玉米秸稈厭氧消化性能影響34-50
• 3.1 實驗原料34-35
• 3.2 實驗方法35-36
• 3.2.1 預處理方法35-36
• 3.2.2 厭氧消化實驗設計36
• 3.3 結(jié)果與討論36-49
• 3.3.1 預處理黑液性質(zhì)36-38
• 3.3.2 預處理后秸稈成分變化情況38-39
• 3.3.3 厭氧消化產(chǎn)氣情況分析39-44
• 3.3.4 動力學及生物降解率分析44
• 3.3.5 常溫堿預處理對玉米秸稈結(jié)構(gòu)的影響44-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 KOH與Ca(OH)_2聯(lián)合預處理對玉米秸稈厭氧消化性能的影響50-62
• 4.1 實驗原料50
• 4.2 實驗方法50-51
• 4.2.1 聯(lián)合預處理方法50-51
• 4.2.2 厭氧消化實驗設計51
• 4.3 結(jié)果與討論51-59
• 4.3.1 預處理后秸稈成分變化情況51-52
• 4.3.2 厭氧消化產(chǎn)氣情況分析52-56
• 4.3.3 動力學及生物降解率分析56-57
• 4.3.4 堿聯(lián)合預處理對玉米秸稈結(jié)構(gòu)的影響57-59
• 4.3.5 經(jīng)濟性分析59
• 4.4 本章小結(jié)59-62
• 第五章 熱堿預處理對玉米秸稈厭氧消化性能的影響62-76
• 5.1 實驗材料62-63
• 5.2 實驗方法63
• 5.2.1 熱堿預處理方法63
• 5.2.2 批式厭氧消化試驗設計63
• 5.3 結(jié)果與討論63-74
• 5.3.1 熱堿預處理后秸稈成分變化情況63-64
• 5.3.2 厭氧消化產(chǎn)氣情況分析64-69
• 5.3.3 動力學及生物降解率分析69-70
• 5.3.4 常溫堿預處理和熱堿預處理累積甲烷產(chǎn)量對比70-72
• 5.3.5 熱堿預處理對玉米秸稈結(jié)構(gòu)的影響72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 第六章 結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 創(chuàng)新點77
• 6.3 展望77-78
• 參考文獻78-84
• 致謝84-86
• 研究成果及發(fā)表的學術論文86-88
• 作者和導師簡介88-90
• 附件90-91

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黎雪;周莎;王曉嬌;韓新輝;楊改河;;有機溶劑預處理對麥稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的影響[J];農(nóng)機化研究;2016年02期

2 黎雪;張彤;鄒書珍;楊改河;王曉嬌;韓新輝;任廣鑫;;不同溫度下NaOH-綠氧聯(lián)合預處理對麥稈厭氧發(fā)酵的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報;2015年09期

3 雷廷宙;;清潔能源之生物質(zhì)能[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2015年06期

4 劉治剛;高艷;金華;于世華;;XRD分峰法測定天然纖維素結(jié)晶度的研究[J];中國測試;2015年02期

5 宋籽霖;孫雪文;楊改河;閆志英;袁月祥;李東;李香真;劉曉風;;不同溫度下氫氧化鈉預處理對玉米秸稈甲烷產(chǎn)量的影響(英文)[J];化工學報;2014年05期

6 邵千鈞;諸力;劉建軍;;全株農(nóng)作物的氨纖維爆破法預處理及酶解發(fā)酵制備燃料乙醇的研究[J];太陽能學報;2013年06期

7 李硯飛;黃亞麗;代樹智;周勇;鄧有智;周桂英;楊俊芬;;復合微生物預處理玉米秸稈產(chǎn)沼氣的試驗研究[J];可再生能源;2013年05期

8 王許濤;張百良;;蒸汽爆破預處理玉米秸稈厭氧發(fā)酵實驗研究[J];中國沼氣;2013年01期

9 宋籽霖;楊改河;張彤;馮永忠;任廣鑫;韓新輝;;Ca(OH)_2預處理對水稻秸稈沼氣產(chǎn)量的影響[J];農(nóng)業(yè)工程技術(新能源產(chǎn)業(yè));2012年10期

10 宋籽霖;楊改河;張彤;馮永忠;任廣鑫;韓新輝;;Ca(OH)_2預處理對水稻秸稈沼氣產(chǎn)量的影響(英文)[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2012年19期

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本文編號：1102207