玉米秸秆AFEX预处理纤维素酶解特性研究

为了探究氨纤维膨胀(Ammonia fiber expansion,AFEX)预处理产生的酚类物质和木质素暴露程度的变化对酶解的影响,对玉米秸秆(CK)进行了高、低两个温度水平的AFEX预处理(L-AFEX:90℃、5 min;H-AFEX:140℃、15 min,载氨量和含水率分别为1 g/g和60%),对预处理后玉米秸秆的木质纤维成分、酚类物质含量及纤维素、木质素的表面暴露程度的变化进行了系统表征,并分析了这些变化对酶解的影响。研究表明,L-AFEX和H-AFEX预处理将玉米秸秆的酶解葡萄糖得率分别提高至37.57%和74.74%,随着AFEX预处理温度的升高,玉米秸秆中纤维素和半纤维素含量不变,酸溶木质素增多,木质素亲水性增强,减弱了酶解时木质素与纤维素酶间的非生产性吸附,同时产生了更多的酚类物质。AFEX预处理上清液中的酚类物质对纤维素酶水解能力的抑制作用显著,L-AFEX和H-AFEX预处理的抑制率分别为4.10%和10.40%,酚类物质对H-AFEX固体残余物酶解的抑制率为5.06%。AFEX预处理显著增大了纤维素酶可及的表面积,将纤维素表面积从316.08 m^2/g(CK)增大至430.97 m^2/g(L-AFEX)和422.27 m^2/g(H-AFEX),将木质素表面积从293.13 m^2/g(CK)减小至271.25 m^2/g(L-AFEX)和215.23 m^2/g(H-AFEX),使纤维素与木质素表面积的比值从1.08(CK)增大至1.59(L-AFEX)和1.96(H-AFEX),有效降低了木质素对纤维素酶解的空间阻碍,提高了酶解效率。     

基于3,5-二硝基水杨酸法的水稻秸秆酶解工艺

为了提高汽爆水稻秸秆还原糖的转化率,采用纤维素酶对水稻秸秆进行酶解实验.还原糖的含量用3,5-二硝基水杨酸法进行测定.实验选用加酶量、酶解时长和反应温度作为考察因素,以原始水稻秸秆与蒸汽爆破预处理水稻秸秆作对比.结果表明纤维素酶用量占秸秆干物质质量的10％,酶解时长48 h,反应温度50℃是一个较为理想的反应条件;原始水稻秸秆最大酶解还原糖产量约为9.7％;蒸汽爆破水稻秸秆最大酶解还原糖产量约为34.3％;蒸汽爆破预处理能够显著提高水稻秸秆的酶解还原糖产量,并缩短酶解反应时间.     

膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率，采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察，玉米秸秆的纤维束受到破坏，木质素包裹作用减弱，纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解；X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验，与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h，未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%，膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明，膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该     

不同理化预处理对麦秸Pb2+吸附的影响

以麦秸为研究对象,利用碱处理、微波处理、酸处理和水热处理等手段制备不同预处理的麦秸样本,探究其微观结构、化学组分变化以及Pb2+吸附效果差异,以期为研究麦秸Pb2+吸附机理、提高吸附效果提供理论依据。结果表明：经水热、硫酸、磷酸-双氧水、微波、碱和碱-双氧水等不同理化预处理的麦秸,其Pb2+吸附量分别为1.01、1.51、3.99、6.57、9.56、9.76mg/g。酸性条件可以有效去除半纤维素,微波处理对麦秸组分的改变相对较弱,碱性条件主要有利于去除木质素,双氧水进一步增强了对木质素的降解作用。定量分析结果表明,麦秸化学组分质量分数与Pb2+吸附量存在一定量化关系,其中半纤维素质量分数与Pb2+吸附量间呈正相关,木质纤维组分影响麦秸Pb2+吸附的重要性从大到小依次为：AIL（酸不溶木质素）、半纤维素、木质素、其他组分、纤维素、ASL（酸溶木质素）,表明半纤维素和木质素在麦秸Pb2+吸附中占据权重最高。     

液氨过氧化氢联合预处理对玉米芯酶解的影响

为提高木质纤维原料可发酵单糖的酶解转化率,采用液氨过氧化氢联合预处理(H-LAT)玉米芯,研究了温度与过氧化氢用量比对玉米芯固体回收率、化学成分及聚糖酶解转化率的影响,并采用X射线衍射图谱和红外光谱对玉米芯H-LAT预处理前后的纤维结构特性进行了分析。结果表明:H-LAT预处理能有效地去除玉米芯中的木质素并能保留绝大部分碳水化合物;在最优的预处理条件下,添加纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶组成的复合酶系酶解72 h,玉米芯糖化率达85.0%,1 000 g干基玉米芯可获得可发酵单糖593.1 g,是未处理的3.53倍;X射线衍射表明,经H-LAT预处理后玉米芯结晶区与无定形区同步下降;红外光谱分析表明,H-LAT预处理能打破纤维素的氢键连接,破坏木质素-碳水化合物复合体内部的酯键连接,同时使残留木质素分子结构受到一定的破环,这些变化有效地降低了玉米芯的抗水解屏障,是酶解率提高的根本原因。     

响应面法优化玉米秸秆微波辅助酸预处理条件

为了确定微波辅助酸处理玉米秸秆最优工艺条件,文章根据响应面法中心组合设计原理设计试验,考察微波功率、处理时间和酸浓度对还原糖得率的影响;并采用超景深显微镜对处理前后玉米秸秆进行分析。试验结果表明:回归模型的p值为0.0002,失拟项的p值为0.1298,说明回归方程极显著且模型拟合良好;各个因素影响主次顺序为酸浓度反应时间微波功率,微波功率与反应时间的交互作用显著;最佳处理条件为微波功率900W,反应时间20 min,酸浓度为2%,还原糖得率为230.9 mg·g~(-1)。微波辅助酸预处理玉米秸秆能有效破坏纤维结构,增大表面粗糙程度,改善孔隙率,酶解效率得以提高。     

氧化预处理对香蕉秸秆性质和结构的影响

文章利用1%的过二硫酸钾、过硫酸铵以及过硫酸钠对香蕉秸秆进行预处理,研究预处理后还原糖浓度和VFAs随时间的变化,分析研究3种过硫酸盐预处理对香蕉秸秆结构的变化。结果表明,3种过硫酸盐预处理后,还原糖产量均有提高,且在第12 h达到峰值,过二硫酸钾预处理后的香蕉秸秆还原糖产量最高,达到7341.79 mg·L^-1;VFAs浓度在16 h均有明显提高,过二硫酸钾处理效果最佳,在第20 h达到最高值743.93 mg·L^-1。过硫酸盐预处理对纤维素、半纤维素和木质素有较高的破坏作用,纤维表面和细胞壁受到破坏,孔洞增加;过硫酸钠效果最佳,纤维素和木质素降解率分别达到48.48%和30.19%。过硫酸盐预处理可以增加香蕉秸秆的可生物降解性。     

亚硫酸氢盐预处理对黄贮玉米秸秆产甲烷潜力机理研究

为了更好地解决东北寒区农作物秸秆环境污染、资源浪费、转化利用率低的问题,开展了亚硫酸氢盐与黄贮法联用处理玉米秸秆对其产气潜力影响的研究。结果表明：当预处理液中亚硫酸氢钠浓度为6.0%时,预处理后的玉米秸秆酶解糖化率达83.0%左右,甲烷日产量达131.3 mL·g^-1TS,甲烷累积产气量达1462.2 mL·g^-1TS。相对于单一黄贮预处理法,采用联合法预处理后玉米秸秆组分中木质素被大量降解,纤维素保留率,结构疏散,纤维素、半纤维素可生化性提高,产气效果较好,有利于后续资源化的利用,且在一定范围内较低的亚硫酸氢钠用量好于较高的亚硫酸氢钠用量,所以亚硫酸氢钠用量在4.0%～5.0%为宜。适用于寒区秸秆资源化处理与利用的工程前预处理,且能节约成本,具有较好的经济效益、环境效益、社会效益。     

预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

在中温(35℃)条件下,分析了不同预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵过程中产气特性的影响,比较了厌氧发酵前、后水稻秸秆组分变化的情况,结果表明:氨化预处理的秸秆产气量最大,VS(挥发性固体)产气量达到356.80 mL/g,比对照组高11.70％;各组甲烷质量分数的最大值均达到了70％以上,甲烷含量差异不显著;水稻秸秆厌氧发酵后的木质纤维素含量均呈现下降的趋势,木质纤维素的降解率与产气量成正比,氨化后的水稻秸秆与原水稻秸秆相比,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为28.49％、51.73％和7.13％.     

尿素预处理玉米秸秆降解木质素动力学研究

为探究尿素预处理玉米秸秆降解木质素的动力学特性，解析尿素对玉米秸秆木质素的作用规律，研究了总固体质量分数（10%、30%、50%和70%）和尿素添加比例（1∶100、1∶20、1∶10、1∶2和7∶10）对玉米秸秆木质素含量的影响，并进行模型拟合，获得了尿素预处理玉米秸秆降解木质素动力学模型。结果表明：总固体质量分数在50%以内时，随着尿素添加比例的增加，玉米秸秆的木质素去除率先增加、后降低，总固体质量分数为70%时木质素去除率随着尿素添加比例的增加而增加，当总固体质量分数为10%和70%、对应尿素添加比例为1∶20和7∶10时，获得的最大木质素去除率分别为71.05%、68.69%；不同预处理条件下，玉米秸秆的残余木质素质量与总固体回收量均呈现较好的线性关系，在整个尿素预处理过程中脱木质素选择性系数稳定在0.32~0.48g/g之间；尿素预处理玉米秸秆的脱木质素过程符合初始脱木质素、大量脱木质素和残余脱木质素3个阶段连续一阶动力学模型，大量脱木质素阶段的最大可脱除木质素质量比可达0.71，在低、高总固体含量下，尿素转化的液态铵和气态氨对玉米秸秆均具有较好的脱木质素作用。     

微波助［Bmim］Cl离子液体中玉米秸秆稀酸水解糖化

该文以玉米秸秆为原料,稀硫酸为催化剂,在[Bmim]Cl离子液体介质中,用微波辐射加热促进纤维素的水解。探索硫酸的质量分数、微波辐射功率、微波辐射时间、微波辐射温度及离子液体用量等因素对还原糖收率的影响。结果表明:在微波功率为600W,微波时间为60min,微波温度为85℃,离子液体[Bmim]Cl的用量为5.0mL时,硫酸质量分数为10%的条件下,还原糖收率达到最大值21.36%;与油浴加热方法相比较,采用微波辐射加热能够提高还原糖收率。     

微波助［Amim］Cl离子液体中玉米秸秆稀酸水解糖化

在[Amim]Cl离子液体介质中,以稀硫酸作为催化剂,采用微波辐射加热进行玉米秸秆水解糖化的试验,研究了离子液体的体积、硫酸的质量分数和微波参数(时间、功率、温度)等因素对水解糖化效果的影响。结果表明,离子液体中微波辐射加热的条件下,随着离子液体用量、硫酸的质量分数和微波参数的变化,还原糖收率都有增加的趋势。水解糖化的较优条件为微波辐射温度90℃、微波辐射功率600W、微波辐射时间60min、硫酸质量分数为10.0%,还原糖收率达21.87%,较常规加热条件下的16.72%高。该研究旨在为利用废弃的玉米秸秆探寻一条新途径。     

微波助［Bmim］Br离子液体中 玉米秸秆稀硫酸水解糖化

以玉米秸秆为原料,在[Bmim]Br离子液体中,以稀硫酸为催化剂,用微波辐射加热辅助纤维素的水解;探索硫酸的质量分数、微波辐射功率、微波辐射时间、微波辐射温度及离子液体用量等因素对还原糖收率的影响。结果表明:在硫酸质量分数为10%,离子液体[Bmim]Br的用量为10.0mL,微波辐射功率为600W,辐射温度为85℃,辐射时间为60min的条件下,还原糖收率达到极大值22.46%;与油浴加热方法相比较,采用微波辐射加热能够显著提高还原糖收率;并且在[Bmim]Br离子液体介质中,微波辐射加热促进玉米秸秆稀酸水解所得到的还原糖收率均比在[Bmim]Cl或[Amim]Cl离子液体介质中的要高。     

NaOH改性稻秆对亚甲基蓝染料吸附性能的研究

为解决农村稻秆的资源化利用问题,将稻秆用NaOH改性做吸附剂处理亚甲基蓝染料废水;考察pH值、吸附剂投加量、染料浓度和温度对染料吸附性能的影响;分析改性稻秆对亚甲基蓝染料的吸附动力学过程。研究结果表明,亚甲基蓝浓度为150mg/L,pH值为12、吸附剂投加量为4g/L时,改性稻秆对亚甲基蓝染料有很好的去除效果,染料的吸附率达到98.1%;改性稻秆对亚甲基蓝染料的吸附符合Freundlich等温模型,最大吸附量为52.910mg/g,升高温度能够增加吸附剂对亚甲基蓝染料的吸附效果;改性稻秆吸附亚甲基蓝是一个快速吸附过程,符合伪二级吸附动力学方程。     

柳桉快速热裂解炭改性制取多级孔道活性炭的研究

以柳桉快速热裂解制取生物油的固体副产物为原料,通过物理化学活化法,采用微波预处理和传统焙烧加热相结合的方式对其进行活化,改善其结构和表面性质。采用氮气物理吸附、扫描电镜、X射线衍射、热重分析和红外光谱等多种表征技术对活化后的生物炭进行表征。结果表明,活化后的生物炭具有丰富的微孔和介孔,形成了多级孔道结构,其中微孔比表面积占36%~48%。微波预处理结合N_2气氛焙烧活化的生物炭具有更高的比表面积,其值为1 224 m~2/g,这归因于微波均匀加热产生微孔和气氛焙烧进一步形成介孔的高效协同作用。此外,不同活化方式对生物炭的红外特性有着显著影响,经过活化后的生物炭表面含氧基团大量减少。活化后的生物炭热稳定性显著提高,有利于生物炭作为催化剂载体进行高值化利用。     

氨水-氢氧化钾复合预处理提高菌糠厌氧消化性能的研究

针对菌糠酶水解性能和厌氧消化性能低的问题,文章开展了氨水-氢氧化钾(氨-钾)复合预处理提高菌糠厌氧消化产气性能的研究。结果表明:预处理试剂添加浓度为2%NH 3+4%KOH,35℃预处理3天条件下,稻草、玉米秸和麦秸3种菌糠甲烷产率分别提高20.0%,22.4%和16.7%,甲烷转化速率分别提高67.5%,145%和126.9%,生物降解性分别提高34.0%,39.1%和38.4%。预处理过程中3种菌糠半纤维素溶解,纤维素结晶结构被破坏,结晶度指数分别降低10%,13.6%和15.3%,预处理浸出物中SCOD含量分别提升50.4%,33.9%和36.7%;还原糖和VFAs含量分别提高至未处理的2.2,1.9,2.6倍和5.3,5.5,5.7倍。氨-钾复合预处理能够通过预水解作用提高菌糠厌氧消化性能,且对玉米秸菌糠提升效果最明显。     

油菜精量联合直播机覆秸装置设计与试验

在长江中下游稻油轮作区,前茬水稻机收后秸秆全量留田,当接茬进行油菜精量联合直播作业时,浮秸易缠绕直播机触土部件,造成机具堵塞、种子落在秸秆上难以出苗等问题。为此,结合油菜覆草种植农艺措施,提出适于油菜直播水稻秸秆覆盖还田的机械化作业方案,设计了一种与油菜精量联合直播机配套的覆秸装置。通过理论分析,确定了覆秸装置关键环节工作部件的结构参数、安装位置与安装角及工作转速范围。控制秸秆喂入量分别为0.9、1.1、1.3kg/s,进行性能测试试验,验证了理论分析确定的各部件工作转速的适宜性和秸秆输送顺畅稳定性,结果表明,当播种覆秸作业机组配套69.9kW拖拉机、前进速度0.7m/s、捡拾装置滚筒转速80r/min、集秸装置螺旋输送器转速270r/min和链式提升装置转速270r/min时,机具作业顺畅,秸秆捡拾率达到90%以上。控制均匀铺放装置转速分别为210、240、270、300、330r/min,当转速为300r/min时,秸秆覆盖均匀率最高,超过92%。田间试验表明,覆秸直播机秸秆通过性能良好,各环节工作部件作业稳定,各项设计指标均满足技术标准要求,设计的覆秸装置与油菜精量联合直播机集成,一次作业可完成水稻浮秸的捡拾、堆集、输送、覆盖以及旋耕整地、开畦沟、施肥、油菜播种等工序,适宜在水稻机收后秸秆未作任何处理的稻茬田作业。     

稻秆NaOH预处理及厌氧发酵产沼气的试验研究

为了改善稻草沼气发酵的效果,采用6%的NaOH对稻草进行了化学预处理,比较了经过NaOH预处理和不经NaOH预处理的稻草在沼气发酵过程中厌氧消化效率、产气量和COD去除率情况。结果表明,与不经NaOH预处理相比,6%NaOH预处理后的稻草高温厌氧发酵最大日产气量提高61.34%,总产气量提高55.23%,COD去除率提高48.72%。这说明,采用6%NaOH化学预处理可以提高稻草的厌氧消化效率和产气量。     

改性玉米秸秆对铜离子的吸附性能

利用NaOH对玉米秸秆进行预处理,并利用微波辐射的方法进行物理方式处理,选取含多官能团小分子的柠檬酸与玉米秸秆进行酯化反应,以添加羧基官能团的方式制备出吸附性能强的改性玉米秸秆吸附剂。研究了改性玉米秸秆吸附剂在不同条件下对Cu2+吸附效果的影响。研究结果表明,改性玉米秸秆吸附剂对Cu2+有很好的吸附性能。当吸附剂的投加量为0.8 g、pH值为5、反应时间90 min、反应温度35 ℃、溶液初始浓度60 mg/L时,对Cu2+吸附效果最好。      

钢辊式圆捆机旋转草芯形成影响因素分析与优化

针对国产的中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆易产生堵塞的问题,利用自行设计的钢辊式圆捆机(草捆直径约500 mm)试验装置对其打捆过程进行了研究。通过高速摄像分析可知:旋转草芯形成过程实质上是稻秆在卷压室内连续卷绕累积的过程,形成的旋转草芯可对后续喂入的稻秆产生较大的牵带作用,进而消除打捆堵塞。通过试验分析可知,旋转草芯形成过程主要依靠钢辊对稻秆的摩擦牵引及后续喂入稻秆的持续推动完成的,据此,针对影响钢辊式圆捆机形成旋转草芯的主要因素——钢辊对稻秆的摩擦作用、捡拾器弹齿端点线速度以及稻秆喂入量为试验因素,以旋转草芯形成时的干物质质量为评价指标,进行了试验研究。结果表明:各因素对旋转草芯形成时的干物质质量贡献率从大到小依次为:钢辊对稻秆的摩擦作用、捡拾器弹齿端点线速度、稻秆喂入量。当因素参数组合为钢辊与稻秆间的滑动摩擦因数约0.65、捡拾器弹齿端点线速度2.23 m/s、稻秆喂入量1.5 kg/s时,旋转草芯形成时的干物质质量为1.58 kg。研究结果可为钢辊式圆捆机的设计及其作业参数优化提供理论及技术依据。