超低酸预处理结合酶解提高玉米秸秆糖化效率

为提高纤维素酶解糖化的效率,该文采用超低浓度硫酸水解预处理废弃玉米秸秆。重点考察了不同酸浓度、反应温度、反应时间条件下超低浓度酸水解及后续酶解的总还原糖、葡萄糖及木糖的产率,详细叙述了总还原糖及各种单糖在酸水解及酶解过程中的转化规律,通过正交试验确定酸水解的最佳工况为酸浓度0.1%,反应温度160℃,反应时间55 min,搅拌180 r/min,固液比1∶10。酸水解后进行酶解(酶用量5%,pH值4.6,时间24 h,温度50℃)得到还原糖、葡萄糖、木糖产率分别为56.22%、16.97%、18.83%。通过红外光谱和纤维素分析仪对酸水解和酶解后的残渣进行分析可知,纤维素、半纤维素的转化率分别为88.52%、95.18%,进一步计算还原糖、葡萄糖、木糖的转化率为88.11%、44.86%、72.49%。该方法较大程度避免了还原糖在酸水解过程中的降解,保证了半纤维素还原糖的转化效率,进一步提高了总还原糖的产率,为超低酸水解在燃料乙醇领域提供了新的应用途径。     

两步法预处理制备生物质燃料乙醇

为了扩展燃料乙醇制备的预处理工艺的发展方向,该文针对燃料乙醇制备的2种新预处理方法——半纤维素分离两步预处理法和木质素分离两步预处理法进行了试验研究。分别以能源植物柳枝稷和农业废弃物玉米秸秆为原料,考查了这2种方法对酶水解过程中糖产量的影响。结果表明,半纤维素分离两步预处理法对柳枝稷的较优处理条件为:第一步预处理用3%质量分数的过氧化氢溶液在50℃处理16h,第二步预处理用去离子水在121℃处理30min,最终酶水解可获得89%的纤维素转化率;木质素分离两步预处理法对玉米秸秆的较优处理条件为:第一步预处理用碱性乙醇溶液(1%质量分数氢氧化钠和70%质量分数乙醇)在80℃处理2h,第二步预处理为去离子水在135℃处理30min,最终酶水解可获得83%的纤维素转化率;扫描电镜观察,柳枝稷和玉米秸秆的纤维束均被破坏,纤维素酶的作用面积得到提高。同时,分离提取了部分半纤维素和木质素,可以回收提纯,应用于高附加值化学产品的制备。这一结果表明,这2种方法为实现燃料乙醇制备工程工业化提供依据。     

不同NaOH/球磨复合预处理对玉米秸秆酶解效果的影响

农作物秸秆的生物转化是木质纤维类生物质能源化利用的重要手段之一。为了探究室温条件下不同机械化学复合预处理对玉米秸秆酶解效果的影响，该研究以玉米秸秆为研究对象，以单独NaOH处理为对照，在不同NaOH质量分数（0、1%、2%和3%）条件下，分别进行了干法和湿法2种NaOH/球磨复合预处理。使用CellicCtec2（Novozymes，丹麦）进行了不同预处理玉米秸秆72 h酶解试验，系统表征了不同预处理玉米秸秆的粒径、结晶度、表面微观形貌、木质纤维组成和官能团变化，分析了不同预处理玉米秸秆理化性质对酶解影响及其相关性。结果表明：干法和湿法NaOH/球磨复合预处理均显著提高了玉米秸秆葡萄糖产率，且随NaOH质量分数增加（从1%提升至3%），不同NaOH/球磨复合预处理玉米秸秆葡萄糖产率显著提升（P＜0.01），当NaOH质量分数为3%时，其葡萄糖产率分别达到71.0%和73.1%。无论干法和湿法NaOH/球磨复合预处理，其酶解葡萄糖产率均与纤维素质量分数和平均粒径D50显著正相关（P＜0.01），与木质素质量分数显著负相关（P＜0.01）；干法NaOH/球磨复合预处理显著降低了玉米秸秆的结晶度，从而一定程度增强改善了玉米秸秆酶解葡萄糖产率。该研究为深入揭示和解析玉米秸秆机械化学复合预处理作用机理提供了数据支撑。     

常压温和条件下丙酸预处理小麦秸秆的工艺优化

为了提高小麦秸秆木质纤维素的能源化利用效率,该文研究了常压温和条件下丙酸预处理小麦秸秆的工艺优化。该方法的最佳工艺条件为：料液比1∶16、粒度40目、丙酸质量浓度900 g/L、催化剂质量浓度3 g/L、温度70℃,处理时间150 min。在此条件下,小麦秸秆的纤维素保留率为92.6%,半纤维素和木质素的脱除率分别为98.3%和70.5%。丙酸预处理后小麦秸秆的酶解得率90.3%。研究表明,在常压温和条件下,丙酸法预处理小麦秸秆,可有效地将其分离为纤维素、半纤维素、木质素3大组分。     

微波预处理对玉米秸秆的组分提取及糖化的影响

为了分离得到玉米秸秆中的半纤维素、木质素,改善纤维素的酶水解可及性,对玉米秸秆进行了二步微波预处理法研究.考察了秸秆粒径、液固比、碱及甘油用量、微波功率与处理时间对半纤维素和木质素得率的影响;探讨了预处理后秸秆的酶水解性能.得到的优化预处理条件为:玉米秸秆粒径40～80目;微波-碱预处理功率116.7 W/g、时间10 min、液固比20 mL/g、碱用量150％(质量分数);微波-甘油预处理功率66.7 W/g、处理时间30 min、液固比20mL/g、甘油质量分数100％.试样结果表明:经微波预处理后每10 g玉米秸秆最终可得到2.48 g半纤维素、0.95 g木质素,3.55 g还原糖;二步微波预处理不仅能够提取出玉米秸秆中的半纤维素、木质素,而且提高了纤维素水解的酶可及性,实现了组分的分离.     

玉米芯碱液预处理条件优化

该文对木质纤维素原料玉米芯碱液预处理条件进行了优化,以去除木质素,提高半纤维素、纤维素的酶解得率为目的。采用单因素多水平和正交试验方法得到最优预处理条件为：预处理时间12 h,温度70℃,液固比23︰1,反应液中各物质质量分数为氨水2.5%、过氧化氢 0.6%、硅酸钠5%、硫酸镁0.05%。在此最优条件下,玉米芯残渣得率为59.74%、半纤维素保留率为56.60%、纤维素的保留率为86.20%、木质素的保留率为11.83%。残渣经分步酶解（木聚糖酶和纤维素酶）,半纤维素、纤维素、总的酶解得率分别为41.36%、88.09%、69.21%,比未经预处理的玉米芯酶解得率分别提高了39.18%、40.89%、44.88%。结果表明,酶解得率与半纤维素的损失、木质素的去除有直接相关性。     

沼液预处理玉米秸秆产沼气工艺参数优化

沼液作为厌氧发酵的废弃物处理存在困难,但沼液可以对秸秆类原料进行预处理,为沼液的综合利用提供可能。为优化沼液预处理玉米秸秆的条件,提高玉米秸秆厌氧消化产气量,该文以沼液预处理前后的纤维素、半纤维素、木质素含量以及产气量为指标,根据CCD(centralcompositedesign)试验设计原理,选取沼液添加比例、温度和时间为因素,建立三者之间的模型。试验结果表明:随着预处理TS(total solid)的降低,时间的延长,木质纤维素的降解率越高,而温度在30℃时木质纤维素的降解率达到最大。从产气量来看木质纤维素降解率并不是越高越好,过分的追求木质纤维素的降解会对产气量产生影响,经过响应面法优化产气量后得出最佳的预处理工艺为:沼液添加比例19.08%、预处理温度(30±1)℃、预处理时间为5 d,总产气量可提高30.76%。     

菌酶共降解玉米秸秆的工艺研究

该文研究玉米秸秆菌酶共降解工艺,利用黄孢原毛平革菌固体发酵去除部分木质素,再添加外源纤维素酶、木聚糖酶降解纤维素和半纤维素.黄孢原毛平革菌培养12 d时木素过氧化物酶(LiP)酶活达到最大值11.3 u/g,15d时漆酶(Lac)酶活达到最大值0.0992 u/g,秸秆降解集中在10～20 d,第25d时菌解结束,干基总损失率为18.94%;再经过6 d的酶解,纤维素、半纤维素的相对含量分别从27.1%、20.3%下降到13.1%、11.9%.玉米秸秆经菌酶共降解,木质素、纤维素、半纤维素的降解率分别达到67.0%、60.4%、33.0%,每克秸秆还原糖含量达0.507 g.结果表明,菌酶共降解为玉米秸秆的生物利用提供了一种新方法.     

不同预处理方法对稻草秸秆固态酶解特性的影响

该文研究了自然堆积、超声波、NaOH溶液以及H2SO4溶液等不同方法预处理后的稻草秸秆基质固态酶解特性,结合SEM电镜扫描、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线衍射对预处理前后稻草秸秆基质的结构特性进行了观察和分析,获得了稻草秸秆固态酶解的最佳预处理条件。结果表明自然堆积9d、质量分数分别为1.0%的NaOH溶液和15%的H2SO4溶液、超声40min的预处理条件能有效除去包裹在纤维素基质外表面的木质素和半纤维素,提高基质的酶解糖化效率。该试验中质量分数为1.0%的NaOH溶液预处理后的稻草秸秆通过酶解作用获得的还原糖产率最高,为126.3mg/g。该研究可为探索提高纤维素基质酶解糖化效率的方法提供参考。     

γ射线辐照与NaOH溶液协同预处理对玉米秸秆酶解产糖率及微观结构的影响

为提高玉米秸秆的酶解产糖量,研究γ射线辐照与NaOH溶液协同处理对玉米秸秆中酶解还原糖得率的影响。采用红外光谱(IR)、X射线衍射分析和扫描电镜(SEM)分析协同处理对玉米秸秆微观结构的影响。结果表明,较低剂量辐照对玉米秸秆酶解还原糖得率作用不明显,但可大幅降低后续碱浸泡所需的用量和时间。电镜扫描结果表明,经200kGy剂量辐照与碱协同预处理的样品,表面积增加最多。经200kGy辐照和2%NaOH溶液协同预处理的玉米秸秆,其酶解还原糖含量达到了48.34%,这为应用酶解玉米秸秆生产工业乙醇提供了理论依据。     

玉米秸秆成型燃料生命周期评价

为了定量解释以秸秆为原料的成型燃料的节能和温室气体减排潜力,从能源消耗和环境排放出发,分析了玉米秸秆的生长、运输、压缩成型,成型燃料运输、燃烧利用等单元过程,建立了秸秆成型燃料的生命周期能源消耗、环境排放分析模型。以5 000 t/a的秸秆成型燃料生产厂为例,评价了其生命周期能耗和环境排放。结果表明：秸秆运输、压缩成型、成型燃料运输等环节都需要消耗能源,其中,压缩成型的能耗最大;秸秆固定的二氧化碳量为生命周期排放出二氧化碳的96.6%,在很大程度上减少了温室气体的排放。利用生命周期分析秸秆成型燃料,得出其相比化石燃料具有较大的减排优势,为秸秆成型燃料利用提供了基础性数据。     

玉米秸秆与污泥的腐解物对盐碱地化学指标的影响

为探索发酵后的玉米秸秆对内蒙古地区盐碱化土壤化学性质(有机质、ESP,pH值、EC、土壤代换性Na~+)的影响,在实验室条件下以污泥作为接种物,将玉米秸秆在不同发酵的条件下以不同梯度的秸秆还田量施加到盐碱化土壤中,以施加未发酵的玉米秸秆为对照。结果显示:(1)施加玉米秸秆对土壤的部分化学性质有着一定的改善,且发酵后的玉米秸秆比未发酵的玉米秸秆效果要好;(2)当玉米秸秆与污泥的配比为2∶1且秸秆还田量为75%时,土壤的有机质含量上升幅度最大,土壤的ESP、pH值、土壤代换性Na~+降低幅度最大;(3)施加玉米秸秆对土壤的EC作用不明显,反而使EC的含量有所上升,施用发酵后的玉米秸秆尤为明显。综合考虑,在本试验条件下针对该土壤最佳参数为:玉米秸秆与污泥配比为2∶1,发酵后的玉米秸秆还田量为75%。     

玉米秸秆深还剂量对土壤水分的影响

针对目前秸秆浅旋和直接翻压还田存在的问题,设计了秸秆机械化集中深还田试验,为探讨秸秆集中还田后不同时期的土壤水分分布状况,对不同部位的土壤水分进行了周年监测,结果显示:秸秆集中的部位与玉米播种部位隔开适宜的距离,秸秆还田形成的大孔隙将不会影响玉米的正常生长,秸秆还田的第一年,秸秆处于强吸水阶段,秸秆集中部位的土壤含水量随秸秆剂量的加大而降低、秸秆深还第二年,秸秆仍处于吸水状态,其趋势与第一年类似,但降低的幅度比第一年小;随着秸秆腐解,土壤与秸秆之间的含水量趋近于平衡,其蓄水与供水功能逐渐显现。秸秆深还后土壤水分运动始终处于饱和状态,因此应根据土壤与秸秆的水分状况实施机械化深还,以使秸秆与土壤的水分尽快融合,真正达到保水保肥的目的。     

四种含木质纤维素原料在牛粪液中的酸化

为了有效转化木质纤维素原料,提高其资源化、能源化利用潜力,研究了干稻秸、玉米秸、草坪草、新鲜状态玉米秸和风干玉米秸这4种木质纤维素原料在牛粪液环境中的酸化发酵规律。监测发酵过程,以质量减少率分析了原料降解效率,以溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand,SCOD)评价酸化产物的积累。结果表明,4种原料在牛粪液中的降解效果明显,规律不同。草坪草的质量减少最快且最多,质量减少率为73.25%。稻秸在10d时与草坪草质量减少率均达到50%,总质量减少率为72.01%。鲜玉米秸在18d时质量减少率为68.36%,接近草坪草和稻秸,总质量减少率为71.64%。干玉米秸总质量减少率最低,为57.6%;木质纤维素总量的降解效率依次为:稻秸>草坪草>鲜玉米秸>干玉米秸。其成分中,各原料半纤维素的降解效率最好,其次为纤维素和木质素;干、鲜玉米秸产生有机酸种类和数量较多,稻秸、草、鲜玉米秸、干玉米秸的产生挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)总量最大值依次为3.91、0.54、7.16、10.99g/L。将酸化产物作为厌氧发酵原料角度分析,稻秸和草坪草在酸化过程中可实现SCOD积累,对厌氧发酵有利,而干、鲜玉米秸的酸化作用对厌氧发酵不利。     

长期秸秆还田对农田土壤水分运动与热力学函数关系初探

利用长期定位试验的土壤,研究了温度、水分、热力学函数之间的关系。结果表明,不同玉米秸秆还田土壤比较,土壤水势温度效应为高量玉米秸秆还田〉低量玉米秸秆还田〉单施化肥;在同一温度条件下,提高土壤水势可增加土壤非饱和导水率,呈现高量玉米秸秆还田〉低量玉米秸秆还田、单施化肥;在相同的土壤含水量条件下,增加温度可提高土壤非饱和导水率,其导水率温度效应值（dk/dt）高量玉米秸秆还田〈低量玉米秸秆还田和单施化肥。土壤含水量一定时,随着相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变增大,土壤非饱和导水率也增大,并且高量玉米秸秆还田大于低量玉米秸秆还田和单化施肥,拟合得出的相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变与土壤非饱和导水率方程,具有较好的适应性。     

不同玉米品种对麦秸覆盖引起的生化他感作用的差异性分析

本文报道了同一小麦品种麦秸水提液及盆栽条件下对不同玉米品种种籽发芽及早期生长发育的影响。试验结果表明，不同的玉米品种间对麦秸覆盖后引起的生化他感负作用存在着显著的抗性差异，在生产实践中，选用抗性较强的玉米品种可以避免由于麦秸覆盖后毒素物质释放而造成的抑制玉米生长的负效应发生。     

玉米秸秆成型燃料单锅灶的设计与试验(简报)

为了解决农村日益紧张的能源问题和秸秆焚烧问题,根据目前农村的主要生活炊事习惯和玉米秸秆成型燃料的燃烧特性,研制了玉米秸秆成型燃料单锅灶。试验结果表明：该灶达到了国家的相关标准,燃烧比较稳定,利用清洁,有效的利用了玉米秸秆,对于解决玉米秸秆焚烧的问题和改善居民炊事条件具有重要的意义。     

4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机的设计

为提高玉米茎秆青贮作业效率、减少作业环节和人工消耗,在现有玉米收获和茎秆青贮机械化技术的基础上,对相应工作单元进行了改进设计和优化组合,开发了4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机。它主要由穗茎兼收割台、碎茎秆抛送器、打捆装置、喂料与送绳控制系统等组成,能够同时完成玉米果穗的收获,茎秆收集、切碎、输送、打捆等多项作业,实现了功能集成和运动相位的准确耦合。穗茎兼收割台采用纵向切刀,切碎并抛送茎秆,利用二级搅龙输运碎茎秆,结构简单;喂料与送绳控制系统采用机电一体化技术,可完成对打捆装置喂料与送绳过程的自动控制。试验表明：该收获机工作安全可靠,茎秆切碎、破节及打捆效果理想,能够满足玉米茎秆青贮工艺的要求。     

水稻秸秆和玉米秸秆在好气和厌氧条件下的腐解规律

采用室内模拟培养的方法,研究了水稻秸秆和玉米秸秆在好气和厌氧条件下的腐解规律。结果表明:在0~3个月的培养时间内,水稻秸秆和玉米秸秆腐解较快,腐解率达55%以上。在好气培养条件下,水稻秸秆和玉米秸秆质量减少50%所需要的时间(t_(1/2))分别为59.2 d和52.9 d,而在厌氧培养条件下的t_(1/2)分别为72.6 d和79.9 d。水稻秸秆和玉米秸秆在好气培养条件下的碳释放速率常数k(0.61~0.6月~(-1))高于其在厌氧培养条件下的碳释放速率常数k(0.55~0.57月~(-1))。水稻秸秆和玉米秸秆在好气培养条件下的氮释放速率常数k(0.25~2.36月~(-1))也高于其在厌氧培养条件下的氮释放速率常数k(0.16~2.32月~(-1))。水稻秸秆和玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量在好气培养条件下的减少速率高于其在厌氧培养条件下的减少速率。综上所述,好气培养条件有利于作物秸秆降解和营养物质的释放。     

玉米秸秆粉碎还田对黑土坡面土壤侵蚀特征的影响

为探究玉米秸秆粉碎还田对黑土坡面土壤侵蚀特征的影响,对不同坡度(3°,5°和7°)下不同玉米秸秆粉碎还田量(0,25％,50％,75％和100％)坡面进行人工模拟降雨试验.结果表明:玉米秸秆粉碎还田措施具有调控径流作用,坡面产流时间延缓,产流率和径流量降低;秸秆还田量越大,产流时间延后越明显,平均径流流速越低;在3°坡...