發(fā)布時間：2020-07-18 03:29

【摘要】：將秸稈經過預處理以工業(yè)規(guī)模制取沼氣，可以實現(xiàn)秸稈清潔高效的利用。然而，目前秸稈制沼氣過程中面臨預處理成本高、且預處理的催化劑大都會影響后續(xù)的厭氧發(fā)酵等關鍵難題。本研究就是從全工藝角度出發(fā)，探索對后續(xù)發(fā)酵無影響且低成本的預處理方法。重點解析了稀硝酸作用下玉米秸稈熱水解反應的規(guī)律，并通過理論解析與實驗相結合比較了硫酸和硝酸對秸稈的水解效果，最后探討了稀酸作用下所得水解液的生物酸化特性，為實現(xiàn)秸稈規(guī)模化制沼氣開辟了新的思路。 研究了玉米秸稈水解過程中氫離子濃度的變化，得出H~+參與了水解反應，且在玉米秸稈的水解過程中起決定作用。通過比較等氫離子摩爾濃度的硝酸和硫酸對玉米秸稈的水解效果，得出硝酸中的氫離子比硫酸中的氫離子更加活躍，斷裂糖苷鍵的能力更強，說明硝酸水解玉米秸稈更具有優(yōu)勢。研究硝酸作用下玉米秸稈熱水解的規(guī)律，結果表明增加硝酸濃度、反應溫度和時間均對玉米秸稈的水解具有促進作用，其中硝酸濃度的影響最為顯著。在本實驗研究范圍內，最佳的熱水解條件為反應溫度150℃，硝酸濃度0.6%，反應時間2min。所得水解液中葡萄糖得率為12.2%，木糖得率為96.9%，阿拉伯糖得率為98.5%，乙酸濃度為3.11g·L~(-1)，糠醛濃度為0.43g·L~(-1)。 通過對高溫條件下半纖維素的水解動力學的研究，得出在本實驗范圍內，由Saeman模型計算得到的產物濃度與實驗值吻合較好。應用阿倫尼烏斯公式對水解產物的反應活化能進行計算與比較，其大小次序為：糠醛木糖阿拉伯糖乙酸。 研究了幾種水解液的生物酸化特性。結果表明，水解液的酸化速率比玉米秸稈的快。水解液的產酸量主要取決于水解液中單糖含量。在本實驗范圍內，150℃，0.6%硝酸，2min條件下得到的水解液產生的總揮發(fā)酸（VFAs）量最大，為2513.35mgCOD·L~(-1)。揮發(fā)酸分布與投加的物料有關，其中，玉米秸稈酸化發(fā)酵的末端產物以乙酸和丙酸為主，丙酸含量一直都較高。硝酸水解液酸化發(fā)酵的末端產物以乙酸為主，丙酸含量隨著酸化時間的延長而有所降低。硫酸水解液酸化發(fā)酵的末端產物以乙酸和丙酸為主，在酸化后期，只有乙酸和丙酸且丙酸含量較高，表現(xiàn)出向丙酸型發(fā)酵轉化的趨勢。因丙酸含量高對后續(xù)的產甲烷不利，所以與硫酸水解液相比，硝酸水解液較適合作為酸化發(fā)酵液。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2760340