為了比較不同預(yù)處理溫度對玉米秸稈暗發(fā)酵制氫性能的影響,在不同溫度（40、80、120、160℃和200℃）下,采用1%H₂SO₄和2%NaOH兩種試劑分別對玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理,再進(jìn)行中溫暗發(fā)酵實(shí)驗(yàn),接種物來源于以豬糞為原料的厭氧消化后的沼液。結(jié)果表明:最佳的預(yù)處理?xiàng)l件為80℃下,采用1%H₂SO₄對玉米秸稈預(yù)處理60 min,其單位總固體（TS）產(chǎn)氫量達(dá)到27 mL/g,比未預(yù)處理玉米秸稈提高了56.27%,且最大產(chǎn)氫速率最高可達(dá)到15.42 mL/h,比未預(yù)處理玉米秸稈的最大產(chǎn)氫速率提高了83.57%。玉米秸稈產(chǎn)氫最適宜的pH值范圍為5.0～5.5,不同預(yù)處理溫度會對產(chǎn)酸量和產(chǎn)酸的組分造成影響,發(fā)酵類型均為丁酸型發(fā)酵。因此,預(yù)處理溫度是影響暗發(fā)酵制氫性能的一個重要因素。 

【文章來源】：北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,47(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

玉米秸稈在不同預(yù)處理?xiàng)l件下的產(chǎn)氫速率

氫氣主要是由產(chǎn)氫細(xì)菌代謝有機(jī)物產(chǎn)生,產(chǎn)氫細(xì)菌適宜的pH值范圍為4.5～6.0[21]。因此,控制pH值在產(chǎn)氫細(xì)菌適宜的范圍內(nèi)有利于更好地產(chǎn)氫。玉米秸稈產(chǎn)氫過程中會伴隨產(chǎn)生VFAs和乙醇代謝產(chǎn)物,pH值和這些代謝產(chǎn)物有一定的關(guān)聯(lián),能反映出代謝產(chǎn)物的類型,是評價預(yù)處理效果的重要參數(shù)之一[4]。不同預(yù)處理?xiàng)l件對于玉米秸稈產(chǎn)氫后pH值和代謝產(chǎn)物的影響如圖5所示,玉米秸稈在不同預(yù)處理?xiàng)l件下產(chǎn)氫后的pH值不同,代謝產(chǎn)物也有所不同。采用1% H2SO4在40 ℃和80 ℃下預(yù)處理,產(chǎn)氫后的VFAs和乙醇的總質(zhì)量濃度隨著預(yù)處理組溫度的升高和預(yù)處理時間的增加從1 532.46 mg/L增加到2 615.86 mg/L,系統(tǒng)的pH值在5.01～5.09之間,其中采用1% H2SO4在40 ℃預(yù)處理10 min和60 min條件下,產(chǎn)氫后的乙酸和丁酸的質(zhì)量濃度之和分別占VFAs和乙醇總質(zhì)量濃度的94.23%、94.06%,在80 ℃預(yù)處理10 min和60 min條件下,產(chǎn)氫后的乙酸和丁酸的質(zhì)量濃度之和分別占VFAs和乙醇總質(zhì)量濃度的86.32%、92.01%,均比未預(yù)處理組中的相應(yīng)值(74.62%)高。這是因?yàn)閜H>5.0時,代謝產(chǎn)物主要為丁酸和乙酸,屬于典型的丁酸型發(fā)酵[22],該發(fā)酵類型的產(chǎn)氫效果好,單位TS產(chǎn)氫量為23.5～27.0 mL/g(圖3)。溫度為120 ℃,預(yù)處理10 min和60 min后的VFAs和乙醇的總質(zhì)量濃度分別為3 513.39 mg/L和4 234.91 mg/L,比1% H2SO4、40 ℃下的預(yù)處理組高出34.31%～129.26%,比1% H2SO4、80 ℃下的預(yù)處理組高出61.89%～176.35%。當(dāng)系統(tǒng)的pH值在4.41～4.53之間時,代謝產(chǎn)物主要是乙醇和乙酸,因?yàn)閜H<4.5屬于典型的乙醇型發(fā)酵[23],被認(rèn)為是低產(chǎn)氫量的標(biāo)志[24]。溫度為160 ℃和200 ℃的1% H2SO4預(yù)處理組體系中的代謝產(chǎn)物主要是乙酸,產(chǎn)氫后的pH值(5.85～6.04)與初始pH值(6.0)相比基本上沒有變化,不在適宜的pH值范圍內(nèi)(5.0～5.5),所以產(chǎn)氫效果不佳。2% NaOH預(yù)處理組中除了200 ℃預(yù)處理溫度組不產(chǎn)氫外,其他溫度條件下產(chǎn)物均以丁酸和乙酸為主,其中溫度為40 ℃預(yù)處理10、60 min和80 ℃預(yù)處理10 min的實(shí)驗(yàn)組的pH值在5.23～5.40之間,它們的丁酸和乙酸質(zhì)量濃度之和分別占VFAs和乙醇質(zhì)量濃度之和的90.81%、90.02%和86.96%,均高于未預(yù)處理組,屬于丁酸型發(fā)酵,該條件下的產(chǎn)氫效果較好,單位TS產(chǎn)氫量為22.1～29.3 mL/g(圖3)。而其他預(yù)處理?xiàng)l件下的pH值均在5.62～6.24之間,產(chǎn)氫效果較差,單位TS產(chǎn)氫量僅為0.1～9.4 mL/g(圖3)。說明產(chǎn)氫菌適合在pH值為5.0～5.5的環(huán)境下生長代謝,和Paudel等[25]研究中的產(chǎn)氫反應(yīng)器所維持的pH值相吻合。當(dāng)不在此pH值范圍內(nèi)時,產(chǎn)氫效果較差或不產(chǎn)生氫氣。此外不同預(yù)處理溫度會對產(chǎn)酸量和產(chǎn)酸的組分造成影響,其中丁酸型發(fā)酵的產(chǎn)氫效果最好。3 結(jié)論

本文實(shí)驗(yàn)的預(yù)處理裝置包括HWS- 26型恒溫水浴鍋 (上海齊欣科學(xué)儀器有限公司) 和WZC- 100型磁力高壓反應(yīng)釜 (五洲鼎創(chuàng)科技有限公司),其中預(yù)處理溫度為120 ℃以下的裝置采用恒溫水浴鍋,120 ℃以上采用WZC- 100型高壓反應(yīng)釜。暗發(fā)酵產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)裝置由恒溫水箱、500 mL血清瓶、100 mL量筒、輸液針管和水槽組成。采用排水集氣法收集氣體。產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。1.3 實(shí)驗(yàn)方法

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3474730