本文關(guān)鍵詞：微波處理對(duì)柳枝稷厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響機(jī)制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：化石燃料為不可再生資源,大量的消耗致使化石能源面臨即將枯竭的局面。生物質(zhì)能源作為化石燃料的替代能源降低了人類對(duì)化石燃料的依賴性。木質(zhì)纖維素原料是一種儲(chǔ)量大且易得的可再生資源,將木質(zhì)纖維素高效轉(zhuǎn)化為沼氣等生物質(zhì)能源產(chǎn)品已是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。因而,木質(zhì)纖維素的預(yù)處理技術(shù)成為提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的焦點(diǎn)之一。本試驗(yàn)以研究微波預(yù)處理對(duì)柳枝稷厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響機(jī)制為目標(biāo),從微波預(yù)處理對(duì)柳枝稷的溶解性、結(jié)構(gòu)變化和可及性的影響三方面進(jìn)行剖析,并從水解動(dòng)力學(xué)的角度探討微波預(yù)處理對(duì)提高柳枝稷中木質(zhì)纖維素有效利用的作用,從而明確微波預(yù)處理技術(shù)對(duì)木質(zhì)纖維素的作用機(jī)理。 試驗(yàn)主要分為三部分。 (1)微波預(yù)處理后柳枝稷特性的變化。 以柳枝稷Alamo品種莖稈為試驗(yàn)材料,分別采用不同的微波加熱終溫(90℃、20℃、150℃和180℃)和150℃終溫保持時(shí)間(0、5、10、15、20min)對(duì)樣品進(jìn)行微波預(yù)處理。結(jié)果表明,微波預(yù)處理均顯著提高了柳枝稷的溶解性,180℃預(yù)處理樣品的揮發(fā)性固體溶解率提高最大,達(dá)130.75%；微波預(yù)處理改變了柳枝稷的結(jié)構(gòu),使得固體表面形成孔洞；預(yù)處理后柳枝稷樣品比表面積顯著增加,180℃微波處理可提高細(xì)胞壁比表面積60.61%,可及性增強(qiáng)；但微波處理提高了柳枝稷纖維素結(jié)晶度。 (2)微波預(yù)處理對(duì)木質(zhì)纖維素有效利用的影響。 將微波預(yù)處理后的柳枝稷固體組分分別進(jìn)行厭氧發(fā)酵,每個(gè)處理組按發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)取樣,測(cè)定厭氧發(fā)酵體系中揮發(fā)性固體和纖維素的降解過(guò)程,形成水解動(dòng)力學(xué)方程,通過(guò)比較各處理間的水解動(dòng)力常數(shù),判斷揮發(fā)性固體以及纖維素在厭氧發(fā)酵過(guò)程中水解速率的大小。結(jié)果表明,微波預(yù)處理可提高厭氧發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性固體以及纖維素的水解速率,促進(jìn)揮發(fā)性固體以及纖維素的降解。相關(guān)分析表明,柳枝稷結(jié)構(gòu)的改變和比表面積的增大是揮發(fā)性固體和纖維素水解速率提高的主要原因。 (3)微波預(yù)處理對(duì)柳枝稷厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響。 對(duì)微波處理后的柳枝稷固液混合物和固體組分分別進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn),測(cè)定甲烷產(chǎn)量以及揮發(fā)性固體和纖維素的降解效率。結(jié)果表明,微波預(yù)處理提高了柳枝稷的甲烷產(chǎn)量,180℃處理后的固液混合物甲烷產(chǎn)量最高,為143.15mL/gVS,較對(duì)照提高19.57%；同時(shí),微波預(yù)處理后的固體組分厭氧發(fā)酵后,甲烷產(chǎn)量均比浸泡組高。除180℃微波處理外,固液混合物的甲烷產(chǎn)量均高于固體組分。除180℃處理后的固液混合物外,微波預(yù)處理均顯著提高了固液混合物和固體組分在厭氧發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性固體和纖維素的降解效率。相關(guān)分析表明,溶解性的增強(qiáng)和厭氧發(fā)酵過(guò)程中木質(zhì)纖維素水解速率的提高是甲烷產(chǎn)量增加的主要原因。 綜上可得如下結(jié)論：微波預(yù)處理對(duì)木質(zhì)纖維素特性的影響主要體現(xiàn)在以下三方面：溶解性提高；結(jié)構(gòu)發(fā)生改變：比表面積增大、可及性增強(qiáng)。微波預(yù)處理通過(guò)改變柳枝稷的結(jié)構(gòu)以及提高其可及性促進(jìn)厭氧發(fā)酵過(guò)程中木質(zhì)纖維素的水解。微波預(yù)處理通過(guò)提高柳枝稷的溶解性和厭氧發(fā)酵過(guò)程中木質(zhì)纖維素的水解增加甲烷產(chǎn)量。
【關(guān)鍵詞】：柳枝稷 微波 木質(zhì)纖維素 厭氧發(fā)酵 沼氣
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S216.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 插圖清單10-12
• 附表清單12-13
• 第一章 引言13-29
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-26
• 1.3 本研究的目的和意義26-27
• 1.4 研究思路27-28
• 1.5 技術(shù)路線28-29
• 第二章 微波處理對(duì)柳枝稷特性的影響29-41
• 2.1 材料與方法29-31
• 2.2 結(jié)果與分析31-38
• 2.3 討論38-40
• 2.4 小結(jié)40-41
• 第三章 微波預(yù)處理對(duì)木質(zhì)纖維素有效利用的影響41-58
• 3.1 材料與方法41-42
• 3.2 結(jié)果與分析42-56
• 3.3 討論56-57
• 3.4 小結(jié)57-58
• 第四章 微波預(yù)處理對(duì)柳枝稷厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響58-74
• 4.1 材料與方法58-59
• 4.2 結(jié)果與分析59-72
• 4.3 討論72-73
• 4.4 小結(jié)73-74
• 第五章 結(jié)論與展望74-75
• 5.1 結(jié)論74
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)74
• 5.3 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-90
• 致謝90-91
• 作者簡(jiǎn)歷91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：309851