玉米秸秆纤维降解的预处理工艺条件筛选

为解决玉米秸秆在发酵中难降解的问题,以玉米秸秆为试验原料,通过物理-化学、物理-生物和物理-化学-生物3种方法对秸秆进行预处理,考察秸秆中纤维素、半纤维素、木质素含量,探讨各种预处理方法对玉米秸秆的降解效果。结果表明:添加10%NaOH溶液后加入绿秸灵的处理方式秸秆半纤维素的降解效果较好,降解率为32.98%;添加混合菌的处理方式秸秆纤维素的降解效果较好,降解率为51.46%;添加8%NaOH溶液后加入绿秸灵和添加10%NaOH溶液后加入绿色木霉的处理方式秸秆木质素的降解效果较好,降解率为39.28%。3种预处理方法对玉米秸秆中半纤维素、纤维素有显著影响,对木质素的降解影响不显著。3种预处理方法对玉米秸秆中不同组分降解率的影响大小顺序为:纤维素、半纤维素、木质素。     

温和湿热条件下碱预处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

为了考察温和湿热条件下碱预处理对玉米秸秆的理化特性和厌氧发酵产甲烷的影响,以干黄玉米秸秆为原料,利用不同碱预处理剂,80℃条件下处理24 h,通过分析玉米秸秆处理前后理化特性以及厌氧发酵产气特性和发酵出料理化性质,比较4种碱预处理剂的处理效果。结果表明,温和湿热条件下用碱预处理的玉米秸秆的木质素、纤维素和半纤维素含量均显著降低,浸提液pH值略有下降,而化学需氧量(COD)和总脂肪酸(TVFA)含量明显提高,单位总固体(TS)产气量和甲烷含量有所提高,且出料中有机物和固体物含量明显下降。温和湿热条件下,6%KOH溶液对木质纤维素的溶解效果最好,木质素含量下降67.04%,半纤维素含量下降76.86%;4%氨水溶液发酵产气效果最好,单位TS产气量可达到125.25 mL/g。     

Ca(OH)2固态温和预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

为了探索绿色高效的预处理技术,该文研究了Ca(OH)_2固态温和预处理对玉米秸秆溶出物组分和物理-化学结构以及厌氧消化性能的影响。结果表明:提高处理温度能降低纤维素和半纤维素含量,提高木质素含量,但对提高还原糖含量和比表面积作用不大;碱能提高纤维素含量,降低木质素和半纤维素含量,对提高还原糖含量和比表面积效果显著。经过预处理,玉米秸秆的累积沼气产量均有所增加,但不是碱含量越高越好。60℃,6%Ca(OH)_2预处理条件下的产气效果最好,累积沼气产量和单位VS产气量最大,分别为3468.5m L和271.08m L/g VS。     

中温NaOH预处理对玉米秸秆发酵产沼气的影响

研究了中温湿式NaOH预处理的NaOH质量百分数(相对TS)、预处理时间、预处理温度对玉米秸秆成分木质素、半纤维素、纤维素、发酵产气量、产气周期的影响,旨在获得最佳预处理条件。结果发现,NaOH可以有效去除木质素,但是短期(15 h)内预处理对纤维素影响不大;NaOH预处理玉米秸秆最佳条件为6%、50℃、12 h;最高产气量为4 402.2 m L,比未预处理秸秆产气量提高45.22%。1%~6%浓度的NaOH预处理均可降低厌氧发酵DT80。     

不同预处理对秸秆木质纤维组分特性的影响

为研究沼液、组合碱和白腐菌3种不同预处理方式对玉米秸秆纤维组分(纤维素、半纤维素和木质素)含量及晶体结构的影响,分别将沼液与玉米秸秆按5∶2的比例混合预处理5d,组合碱(氢氧化钠和氢氧化钙质量比是2∶1)按1∶5的固液比例添加预处理5d,白腐菌按5%比例添加预处理10d。采用范式(Van Soest)纤维测定法、傅里叶变化红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对预处理前后的玉米秸秆纤维结构变化进行研究。结果表明:经3种方式预处理后玉米秸秆的纤维组分含量均降低,其中组合碱预处理后玉米秸秆木质素结构的破坏程度比沼液和白腐菌预处理更加显著,有利于促进纤维素的转化,木质素含量分别下降7.73%、16.79%和6.92%;不同预处理后玉米秸秆纤维素的结晶结构均出现不同程度破坏,结晶度分别下降9.3%、12.4%和10.9%,其中组合碱预处理的结晶度下降最大,更加有利于增加纤维素酶的可及度,提高纤维素的水解效率;FTIR的分析结果表明,组合碱预处理对玉米秸秆纤维组分的结构破坏程度最大。本研究可为更高效、合理调控秸秆沼气工程预处理提供理论基础。     

农村污水与玉米秸秆耦合对厌氧发酵特性的影响

为研究农村生活污水与玉米秸秆耦合厌氧发酵特性,实现农村污水就地资源化利用和提高秸秆利用效率。比较了污水堆沤和污水浸泡预处理对玉米秸秆产气特性的影响,采用生活污水调节玉米秸秆含水率至70%混合堆沤8d(T1)和污水与秸秆质量比为10∶1混合浸泡3d(T2)两种预处理方式,处理后取样进行厌氧发酵试验。试验结果表明:T1和T2预处理后,秸秆中有机碳、挥发性固体、纤维素和半纤维素相对含量均下降,且T1试验组下降幅度均大于T2试验组,而木质素相对含量均小幅上升;T1试验组厌氧发酵后纤维素和半纤维素降解率分别提高9.47%和5.40%,T2试验组分别提高7.82%和3.33%,两种处理后纤维素降解率的提高幅度均明显大于半纤维素;与对照组相比,T1试验组产气高峰期相对提前2d,但累积产气量下降3.12%;T2试验组产气相对滞后3d,但累积产气量提高12.38%。污水堆沤处理有利于玉米秸秆厌氧发酵启动,缩短启动时间,促进后续发酵纤维素类的降解,但秸秆中可利用有机质含量相对减少,导致产气量下降;污水浸泡处理有利于厌氧发酵过程中纤维素和半纤维素的降解,提高二者降解率,进而提高累积产气量,但浸泡处理后发酵系统启动相对滞后,短时间内(5d)可以恢复。     

玉米秸秆主要成分及热值的测定与分析

分别对15个玉米杂交种和22个亲本自交系秸秆的主要成分(纤维素、半纤维素、木质素)和热值进行了测定,分析了秸秆主要成分与热值的关系。结果表明:(1)反映玉米秸秆能量的主要指标是纤维素、木质素;(2)同一材料的热值及纤维素、木质素含量从上部到下部逐渐增多,半纤维素含量逐渐减少;(3)纤维素、木质素含量与热值呈正相关,即玉米秸秆的纤维素、木质素含量越多,热值越高。     

氨水低温冻融联合预处理对高粱 秸秆酶解产糖的影响

【目的】降低预处理成本、提高秸秆预处理后的酶解效果,模拟自然界低温环境并结合氨水对高粱秸秆进行预处理。【方法】通过单因素试验分别探究氨水低温冻融预处理中浸泡液的液固质量比、冷冻温度、冷冻时长、氨水质量分数对高粱秸秆酶解的影响,采用正交试验对预处理条件进行优化,对预处理前后高粱秸秆的成分采用范式法测定,物理化学结构用红外光谱和X射线衍射分析。【结果】单因素试验中,浸泡液的液固质量比、冷冻温度、冷冻时长和氨水质量分数在不同水平下均显著提高了高粱秸秆酶解还原糖的产量(P0.05)。正交试验最优预处理条件为浸泡液的液固质量比12,冷冻时长12 h,冷冻温度-10℃,氨水质量分数8%。相较于未进行预处理的秸秆,氨水低温冻融处理的秸秆半纤维素含量下降42.42%;木质素含量下降50.76%;秸秆的还原糖产量为302.87 mg·g-1,较未预处理组提高了80.34%;纤维素结晶度提高了57.02%。【结论】氨水低温冻融预处理能有效破坏高粱秸秆木质纤维素间原有的连接结构,溶解半纤维素,木质素的单体和聚合结构被破坏,提高了高粱秸秆的酶解还原糖得率以及纤维素结晶度。     

低过氧化氢浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆试验

生物质资源是地球上含量丰富的资源之一,生物质中蕴含着大量化学能。因此,高效地利用生物质资源能有效缓解当今世界承受的能源压力。但由于木质纤维素复杂的包裹结构很大程度上阻碍了生物质资源的能源化利用,所以学者们不断探索出更高效的处理方式来打破木质纤维素的复杂结构,便于其进一步转化利用。为提高玉米秸秆的综合利用率,降低预处理成本,采用低过氧化氢浓度的芬顿试剂对玉米秸秆进行预处理,以纤维素酶酶解后的还原糖产量和秸秆中木质素的相对含量变化来评价预处理效果;并通过傅立叶红外光谱(FTIR)、X-射线(X-Ray)等技术手段从官能团的变化、纤维素晶体的结晶度变化两方面对芬顿试剂预处理玉米秸秆的机理进行了进一步解析验证。结果表明:采用0.2mol·L-1的Fe2+、0.2%H2O2组合处理玉米秸秆24h,酶解72h后酶解液中还原糖的浓度是未处理秸秆的1.21倍,预处理后纤维素的结晶度下降7%,酸不溶木质素的相对含量下降16.27%。可见采用低浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆是一种有效的方法,且操作简单、反应时间短。     

小麦和玉米秸秆的亚临界水预处理条件优化及其生产燃料乙醇的研究

【目的】优化小麦和玉米秸秆的亚临界水处理条件,并考察最优条件下处理残渣的酶解和发酵特性。【方法】采用亚临界水法分别处理小麦和玉米秸秆,以水可溶部分的总还原糖含量为响应值,通过中心组合设计优化处理温度和时间,并研究最优条件下2种原料处理后的残渣的同步酶解和发酵生产乙醇过程。【结果】小麦和玉米秸秆的最优亚临界水处理条件分别为:194℃,0min和190℃,0min;在此条件下,处理后小麦秸秆中的木质素、纤维素和半纤维素含量分别比处理前减少44.9%,4.9%和74.7%,处理后的玉米秸秆对应的3种成分含量分别比处理前减少34.2%,7.2%和69.5%。小麦秸秆的残渣酶解-发酵率优于玉米秸秆,小麦秸秆处理后残渣的酶解率为35%,约为处理前(6.9%)的5倍;玉米秸秆处理后残渣的酶解率为28.8%,约为处理前(9%)的3倍;小麦和玉米秸秆处理后的残渣在35℃下分别发酵(残渣质量分数为11%),最终获得的乙醇质量浓度分别为12.8和10.4g/L。【结论】亚临界水预处理能有效去除小麦和玉米秸秆中的半纤维素和木质素,保留90%以上的纤维素,提高了酶解-发酵过程的效率。     

NaOH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解效率的影响

为研究不同温度下Na OH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解得率的影响,为确定纤维原料碱法预处理的适宜条件提供理论依据,采用稀Na OH溶液对玉米秸秆分别在60、80、105℃下预处理,测定了预处理前后纤维原料的化学组成和酶解得率,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(IR)对预处理前后玉米秸秆的纤维结构进行了表征。结果表明:Na OH预处理能够有效脱除玉米秸秆中木质素,增加纤维素和半纤维素比例,提高纤维素结晶度,产生的润涨作用导致纤维束状结构疏松。Na OH 80℃预处理1 h后,玉米秸秆中纤维素结晶度达到63.7%,60 h的酶解得率达到71.4%;碱处理温度进一步升高则会充分暴露纤维表面纹孔,同时使纤维素分子内氢键重新形成,容易进一步损失半纤维素,降低纤维素的润涨程度,从而降低酶解效率。80℃条件下碱处理能够有效改善玉米秸秆纤维结构,提高其转化利用效率。     

蒸汽爆破预处理降解香蕉茎秆纤维素组分的研究

分析测试香蕉茎秆总固体含量(TS)和挥发性固体含量(VS)及香蕉茎秆固体剩余物中纤维素、半纤维素、木质素含量;采用蒸汽爆破法对香蕉茎秆进行预处理,探讨不同压力及维压时间下对香蕉茎秆中半纤维素、纤维素、木质素组分的降解程度,分析蒸汽爆破预处理优缺点。试验结果表明,经过蒸汽爆破预处理后,香蕉茎秆的组分被不同程度破坏,当压力为3.5 MPa,维压时间为4 min时,香蕉茎秆中半纤维素含量由预处理前13.33%降至4.36%,降解率高达67.29%,纤维素含量由48.33%降至39.15%,降解率为18.99%,木质素含量由14.62%降至6.52%,降解率为55.40%,总体含量由76.28%降至50.03%,降解率为34.41%。说明蒸汽爆破技术对香蕉茎秆固体剩余物的预处理效果比较显著,有一定的优越性。     

玉米秸秆制备乙醇预处理及水解工艺的研究

以玉米秸秆为原料,利用2%NaOH溶液对原料进行预处理,并研究预处理温度、时间、秸秆粒度对纤维素、半纤维素、木质素的含量以及脱除率的影响。结果表明,当温度为100℃、时间为4 h、粒度为16目时,半纤维素和木质素的脱降率达90.6%和86.4%,纤维素含量达53%。采用浓硫酸法对预处理后的秸秆进行水解工艺研究,在比较了液固比、时间、温度、酸浓度等单因素影响后,采用正交试验进行优化,得到最佳水解工艺的条件:温度为50℃、时间为10 min、硫酸浓度为72%、液固比为10 mL∶1 g。     

汽爆预处理对水稻秸秆纤维结构的影响

利用新型蒸汽爆破技术对水稻秸秆进行预处理,并对预处理后的秸秆进行结构成分测定及表征,以期通过改变秸秆结构成分提高其利用率。结构成分测定及傅里叶变换红外光谱结果表明,汽爆预处理前后秸秆纤维素含量变化不大,半纤维素含量变化大于木质素含量变化;在2.5 MPa、4 min爆破条件下,秸秆半纤维素含量降到最低,脱除率达到67.89%;在2.5 MPa、2 min爆破条件下,秸秆还原糖含量最高,达4.55%,为对照的5.62倍。扫描电镜与X-射线衍射分析结果表明,汽爆预处理后秸秆表面形态变化较大,结晶度随着压力与维压时间增加而增加。蒸汽爆破可快速、简便、高效地将水稻秸秆等生物质原料进行预处理,为实现其高效再利用创造条件。     

不同预处理提高棉花秸秆还原糖酶解效果的研究

为缓解饲草短缺的问题,采用硫酸处理、微波处理、蒸汽爆破处理等9种方法预处理棉花秸秆,软化棉花秸秆中的木质素,增强饲喂时的适口性,提高棉花秸秆的利用率。结果表明:蒸汽爆破处理棉花秸秆的损失量最大,为39.00%。纤维素含量除了蒸汽爆破处理较低,其它处理均高于对照。木质素含量,除氨化(16℃)与对照接近外,其它的处理均低于对照。对预处理的棉花秸秆分别添加筛选自牛粪一组纤维素降解复合系和绿色木霉进行酶解试验。酶解结果表明:微波处理、氨化处理(16℃)、碱+微波处理、双氧水处理、蒸汽爆破处理绿色木霉的活性强于纤维素复合酶,碱/微波处理、氨化处理(30℃)、碱处理、硫酸处理的预处理棉花秸秆进行酶解效果纤维素复合酶的作用优于绿色木霉的效果。微波处理、氨化处理、碱+微波处理、双氧水处理、硫酸预处理酶解的效果较好。碱+微波波处理失重率最高,达到19.32%、酶解率最高,达到32.20%;硫酸处理糖化率最高,达到18.20%、转化率最高,达到20.23%;碱+微波处理葡萄糖得率最高,达到1.013%。     

温和湿热条件下碱性非碱溶液预处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

为提供一种经济、高效的玉米秸秆预处理方法,以干黄玉米秸秆为原料,采用4种碱性非碱溶液(Na2CO3、Na2SO3、K2HPO4和CaO2,每种均采用2％、4％、6％3个梯度)作为预处理剂,以不加预处理剂作为对照(CK),80℃水浴锅加热,TS(总固体含量)10％条件下浸泡处理24 h后,分析秸秆木质素、半纤维素和纤维素...     

过氧化氢和尿素对小麦秸秆体外发酵特性及甲烷产量的影响

[目的]提高小麦秸秆在反刍动物中的利用效率。[方法]本试验在使用尿素(5%)进行小麦秸秆氨化处理的同时添加不同水平的过氧化氢(0,1%,2%和3%),研究过氧化氢及尿素复合处理对小麦秸秆营养价值、体外发酵特性及甲烷产量的影响。[结果]小麦秸秆经尿素氨化处理后较未处理组粗蛋白质含量均显著提高(P0.05)。小麦秸秆经过氧化氢和尿素复合处理后,半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素含量均有不同程度降低,并随过氧化氢添加水平的提高呈降低趋势,当过氧化氢添加水平达到3%时,显著低于未处理组和单独尿素添加组(P0.05)。各处理组小麦秸秆体外发酵产气量均显著高于未处理组(P0.05),而对甲烷产量没有显著影响(P0.05)。与未处理组和单独尿素处理组相比,过氧化氢添加水平达到2%时,显著提高了瘤胃培养液总挥发性脂肪酸含量(P0.05)。[结论]综上所述,小麦秸秆添加尿素氨化处理时推荐添加3%的过氧化氢。     

MC1预处理对豆秸水解特性及产甲烷效率的影响

为提高大豆秸秆厌氧发酵产气性能,本文利用复合菌系MC1对灭菌秸秆(SS)及未灭菌秸秆(NSS)进行预处理,研究预处理时间对秸秆水解特性及产甲烷效率的影响。结果表明:MC1能有效降解大豆秸秆,SS经12 d预处理,其纤维素及木质素降解率分别为41.71%和29.92%,显著高于NSS(P0.05)。SS预处理体系中VFAs含量显著高于NSS(P0.05),且两者分别在预处理3 d及7 d浓度达到最高,分别为2.18 g·L~(-1)(SS)和1.52 g·L~(-1)(NSS),预示杂菌减缓了MC1对秸秆的降解速率。乙酸是预处理体系中最主要的VFAs产物,整个预处理期间SS和NSS水解液乙酸含量分别高于72.41%和56.23%。与未处理大豆秸秆相比,经过3 d预处理,SS和NSS预处理体系的甲烷累积产量分别提高了36.86%和34.27%,其最大产甲烷速率分别为21.69 mL·d-1·g-1VS和17.44mL·d-1·g-1VS,表明MC1预处理能有效提高大豆秸秆厌氧发酵性能。     

NaOH预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

为提高青稞秸秆的综合利用率,采用NaOH对青稞秸秆进行预处理,研究不同水平NaOH和预处理时间对青稞秸秆厌氧发酵性能的影响,探讨NaOH在青稞秸秆厌氧发酵中应用的可行性。结果表明,与未经处理的青稞秸秆相比,NaOH预处理可以显著提高青稞秸秆产甲烷性能（P<0.05）,且产气速率快、发酵周期短。其中,5% NaOH处理12 h青稞秸秆的累积甲烷产量高于多数木质纤维素类废弃物,为250.03 mL·g^-1,是优良的发酵原料。NaOH预处理增加了青稞秸秆中纤维素含量（13.37%~39.31%）,并有效降解了木质素（12.89%~64.34%）和半纤维素（0.96%~30.30%）含量。表明NaOH预处理是提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷性能的有效方法。     

水热-乙醇提取处理玉米秸秆促进酶解效率

针对水热预处理不能明显移除木质素、木质素在较高温条件下从细胞壁中分解游离并重新聚合的特点, 采用水热-乙醇提取处理玉米秸秆, 与水热预处理的效果进行了对比, 并对乙醇过程进行了优化。结果表明:水热-乙醇提取能够移除部分木质素, 提高预处理后固体中纤维素含量以及纤维素的酶解效率, 水热-乙醇提取后秸秆的木质素移除率随水热预处理温度的增加而增大。乙醇提取的较优工艺条件是液固比25、室温、120 r·min^-1,提取10 h.经210 ℃、20 min预处理的秸秆再经乙醇提取后, 酸不溶木质素含量由30.5%下降为18.2%,纤维素含量由62.2%提高到73.6%,酶解率为93.2%(15 FPU·g^-1纤维素),酶解时间由48 h缩短至24 h.