联合预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产气的 影响研究进展

我国玉米（Zea mays）秸秆年产量居世界之首,具有来源广、产量高的特点。厌氧消化产气是 玉米秸秆高效利用的重要途径之一。玉米秸秆主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其复杂的三维 网络结构对其厌氧发酵产生极大的阻碍作用,导致产期周期长、产气量和生物降解率偏低等问题。为了 提高玉米秸秆的消化率,首先需要通过一定的预处理技术高效破坏其紧密结构,从而提高玉米秸秆的生 物再利用性。目前,秸秆的预处理方法有物理预处理、化学预处理、生物预处理以及联合预处理方法等。 文章在简单介绍玉米秸秆主要成分及含量的基础上,概述了当前玉米秸秆联合预处理方法,并分析了其 对玉米秸秆厌氧消化产气的影响。     

联合预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产气的影响研究进展

我国玉米(Zea mays)秸秆年产量居世界之首,具有来源广、产量高的特点。厌氧消化产气是玉米秸秆高效利用的重要途径之一。玉米秸秆主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其复杂的三维网络结构对其厌氧发酵产生极大的阻碍作用,导致产期周期长、产气量和生物降解率偏低等问题。为了提高玉米秸秆的消化率,首先需要通过一定的预处理技术高效破坏其紧密结构,从而提高玉米秸秆的生物再利用性。目前,秸秆的预处理方法有物理预处理、化学预处理、生物预处理以及联合预处理方法等。文章在简单介绍玉米秸秆主要成分及含量的基础上,概述了当前玉米秸秆联合预处理方法,并分析了其对玉米秸秆厌氧消化产气的影响。     

玉米秸秆制备乙酰丙酸乙酯环境影响评价

我国是农业大国，秸秆资源量丰富，废弃秸秆的能源化、资源化利用既能减轻环境压力又能促进经济发展。利用玉米秸秆制备液体燃料可部分替代化石燃料，已成为当前的研究热点。本文采用生命周期评价法，对玉米秸秆基乙酰丙酸乙酯的整个制备过程进行环境分析，量化其对环境的具体影响。结果表明:各阶段环境影响指数中，制备阶段的环境影响指数最大，其次是预处理阶段、收运阶段和生长阶段，且生长阶段对环境产生正向效益。对于全球变暖的影响，生长阶段有碳减排作用。对于酸化、富营养化以及能源消耗等方面，制备阶段的影响最为显著。玉米秸秆基乙酰丙酸乙酯制备全过程的环境影响评价可为生物质制备液体燃料技术的推广应用提供理论参考。     

稀酸预处理改善玉米秸秆酶水解性能的机制探讨

为了探讨在稀酸预处理提高玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段提高纤维素转化率的机制,利用一系列的检测方法:FT-IR、XRD、SEM和比表面积分析仪分析了预处理前后玉米秸秆在形态学和物理化学性质方面的变化.在经过稀酸预处理后的玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段其纤维素转化率有较大的提高,经过170℃,60 min,固液比1∶15(g∶mL),1.00 g/mL酸质量浓度的条件预处理后,从31.88％提高到95.74％.XRD结果显示预处理后玉米秸秆的结晶度有所增加,从原料的37.8％增加到58.7％,但是当预处理强度增加到一定程度后,结晶度没有较大的变化,基本维持在58％.玉米秸秆的表面结构在稀酸预处理后,原来的光滑表面变得粗糙、多孔,这样的表面有利于纤维素酶与玉米秸秆的接触,预处理后玉米秸秆的比表面积有很大程度的增加,经过170℃,60 min,固液比1∶15,1.00g/mL酸质量浓度的条件预处理后,玉米秸秆的比表面积从0.329 m2/g增加到2.878 m2/g,这都有利于改善纤维素酶对纤维素的作用,增加纤维素转化率.     

稀硫酸-氢氧化钙联合预处理玉米秸秆制乙醇

以玉米秸秆为原料,研究稀硫酸-氢氧化钙联合预处理秸秆制备燃料乙醇的方法。玉米秸秆经稀硫酸预处理、固液分离后得到的预水解液(主要含有木糖)进行戊糖发酵;而残渣采用氢氧化钙进一步预处理后,经酶水解得到的葡萄糖进行己糖发酵,从而实现戊糖和己糖分开发酵产乙醇。研究结果表明,玉米秸秆稀硫酸预处理最佳条件为:硫酸用量1.00%(以绝干玉米秸秆计),反应温度130℃,反应时间70 min,此时木聚糖水解得率为80.45%;采用树干毕赤酵母对玉米秸秆稀硫酸预水解液原液、浓缩液Ⅰ(浓度为原液的2倍)和浓缩液Ⅱ(浓度为原液的3.5倍)进行戊糖发酵,乙醇得率分别为82.52%、85.13%和73.64%。氢氧化钙进一步预处理玉米秸秆稀硫酸预处理渣的最佳条件为:氢氧化钙用量0.125 g/g(以绝干玉米秸秆计),反应温度90℃,时间24 h,此时纤维素酶水解得率为84.92%;采用酿酒酵母对两步预处理残渣的酶水解液原液、浓缩液Ⅲ和浓缩液Ⅳ(浓度为原液的2倍和3倍)进行己糖发酵,乙醇得率分别为92.22%、91.89%和85.54%。     

生态因子对玉米秸秆降解特性影响研究

以玉米秸秆为底物进行了试验,考察了秸秆降解条件,包括温度、预处理、干物质浓度与碳氮比等对纤维素降解率的影响,结果表明:经预处理的玉米秸秆在设定温度的培养箱中培养,其纤维素均进行了降解,利用响应曲面法对实验降解条件进行优化,得到最佳的玉米秸秆降解条件为35℃、干物质浓度12%、碱处理、碳氮比20:1,纤维素降解率可达66.54%。     

木质纤维素丁酸预处理及其高效合成丁醇的调控

利用可再生的木质纤维素资源生产丁醇等液态燃料,可以实现农林废弃生物质的高值转化。以典型农林废弃物玉米秸秆为研究对象,选取丁醇生物合成前体物质丁酸作为预处理剂,拟建立生物质高效解聚/酶解及丁醇合成的优化工艺。结果表明：在180℃、50 g/L丁酸溶液中预处理0.5 h后,固体组分中的葡聚糖质量分数提高至47.25%,葡聚糖质量回收率达88.53%;在此预处理工艺下将固体组分进行酶解,当固液比和纤维素酶添加量分别为1∶5(g∶mL)和10 FPU/g底物时,酶解72 h的葡萄糖质量浓度达到70.8 g/L。这说明丁酸预处理可以有效破解玉米秸秆的复杂结构,进而提高纤维素酶的可及度。以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC 824)为发酵菌株,探究了秸秆酶解得到的葡萄糖和预处理残余丁酸作为底物进行丁醇合成的性能。当利用秸秆酶解产生的葡萄糖作为补料碳源时,丁醇产量从4.89 g/L提高到9.34 g/L。将秸秆酶解液和残余丁酸作为共底物补料时,发酵结束时的丁醇产量和生产效率分别达到10.58 g/L和0.147 g/(L·h),比对照组提高了116%,这表明...     

NaOH改性玉米秸秆强化尾水脱氮特性研究

对玉米秸秆进行NaOH改性,初步揭示了NaOH改性对玉米秸秆的作用机制,以期为玉米秸秆用于强化污水厂尾水反硝化脱氮提供理论依据。研究了NaOH用量对预处理前后释碳规律和红外光谱特征的影响,确定了适宜的预处理碱浓度;并进一步对NaOH预处理后的玉米秸秆生物质碳源进行物质组成、微观结构和脱氮效果研究。结果表明,NaOH预处理能够有效提高有机质释放量。红外光谱(FT-IR)结果表明当碱液质量分数达到2%时,纤维素分子间发生有序性重排,结晶度增加。玉米秸秆经过质量分数为2%的NaOH预处理后,其木质素被破坏,内部半纤维素含量减少,同时杂质和灰分也被有效去除,纤维素含量的占比提高了12%。NaOH预处理不但可以破坏小分子环烃的环状结构,同时也能提高基质表层附着力,投加NaOH改性玉米秸秆生物质的系统在1 h内硝酸盐氮脱除率达到71.8%,48 h后几乎全部脱除。NaOH改性玉米秸秆有效提高了系统脱氮效率,并且具备尾水处理附加成本低、环境友好等优势。因此,经NaOH改性后的玉米秸秆是一种适宜的尾水脱氮外加生物质碳源。     

稀酸预处理玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物的来源探究

针对己糖(葡萄糖)、戊糖(木糖)共发酵产纤维素乙醇抑制物控制的关键性瓶颈,分别以玉米秸秆及玉米秸秆中非木质素的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物为原料,并以0.75%稀硫酸和180℃预处理40 min得到5种稀酸预处理液。以60 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源,分别添加上述稀酸预处理液,比较了5种预处理液对休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)共发酵产乙醇的影响,并探究主要抑制物来源。结果表明:133 g/L全玉米秸秆稀酸预处理的降解物会完全抑制C.shehatae糖代谢和共发酵。在玉米秸秆稀酸预处理过程中,4类非木质素组分降解物均会导致乙醇得率下降,其中100 g/L纤维素降解物完全抑制木糖的发酵,半纤维素降解物同时抑制葡萄糖和木糖的发酵,甚至对酵母产生致死毒性,热水提取物和乙醇提取物降解物延滞糖利用和酵母生长。玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物主要来自于纤维素和半纤维素在稀酸预处理中的降解反应,主要为甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛,同时还存在着其他降解产物的毒性或协同毒性。     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

γ-戊内酯/水体系下稀酸预处理对玉米秸秆酶解特性的影响

γ-戊内酯预处理可以打破纤维原料的抗降解屏障,改善底物的可降解性能。目前,有关戊内酯预处理对木质纤维原料水解特性和结构变化的研究较少。本试验在戊内酯/水体系下,采用硫酸和硫酸氢钠预处理玉米秸秆,研究了其对底物水解特性和结构的影响。结果表明,戊内酯/水体系能够脱除底物中的半纤维素和木质素。硫酸的催化效果优于硫酸氢钠,硫酸浓度分别为75和150 mmol/L时(120℃下进行预处理1 h),底物中纤维素相对含量从34.82%增至57.41%和72.57%,150 mmol/L硫酸预处理时半纤维素和木质素脱除率为92.0%和77.4%,纤维素酶(10 U/g底物)水解得率分别为52.4%和65.6%。对预处理前后玉米秸秆结构表征结果显示,戊内酯预处理后玉米秸秆纤维表面受到破坏,表面O/C明显增加,木质素和半纤维素被脱除,玉米秸秆结晶度增加。该试验表明戊内酯/水体系下稀硫酸预处理可高效溶出玉米秸秆中的半纤维素和木质素,提高纤维素酶水解效率,具有一定的应用前景。     

玉米秸秆基吸油材料的制备与表征

以玉米秸秆(RCS)为原料,经氨水预处理得预处理玉米秸秆(PCS),再经乙酸酐酯化改性制备改性玉米秸秆(ECS)吸油材料,并考察不同酯化条件对产物吸油性能的影响。结果表明:RCS、PCS(预处理6 h)对0~#柴油的吸收倍率分别为1.90和4.43 g/g;以冰乙酸为溶剂,冰乙酸与乙酸酐质量比为1∶1,秸秆与冰乙酸-乙酸酐混合液的质量比为1∶15,催化剂浓硫酸用量为4.5%(以秸秆质量计),反应温度为110℃条件下,酯化反应5 h所得改性产物ECS的吸油率可达9.03 g/g,且ECS疏水性和漂浮性能均得到显著改善。采用XRD、FT-IR、SEM和BET等方法对预处理前后及酯化改性后秸秆进行了分析与表征。结果表明:酯化反应已顺利进行,酯化改性后秸秆呈非晶态,ECS呈均匀的介孔结构,介孔及粗糙表面的出现提高了材料的吸油率和漂浮性能。     

玉米秸秆腐解液对作物化感作用的研究

采用室内发芽方法,通过测定玉米秸秆腐解液对玉米、冬小麦和大豆发芽情况的影响,明确了玉米秸秆对不同作物的影响程度。结果表明:玉米秸秆腐解液化感作用对大豆、冬小麦和玉米种子生长发育呈现抑制效应,可以降低种子发芽率、发芽速率和胚芽长度。各种作物种子对化感作用敏感指数不同,受到化感抑制作用由强到弱依次为大豆、冬小麦、玉米。     

玉米秸秆干发酵产沼气试验研究

研究添加微生物菌剂、沼渣堆沤对玉米秸秆干发酵产沼气的影响。结果表明：经过微生物菌剂、沼渣堆沤后的玉米秸秆在于发酵过程中日产气量高于对照,其中添加微生物菌剂处理的玉米秸秆显示出较好的日产气能力,累积产气量最高,沼气甲烷含量潜力最强,说明玉米秸秆干发酵时添加微生物菌剂进行堆沤预处理的方法最好。     

不同预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响

研究了NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3等4种化学联合盘磨预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响,考察了不同预处理方法对物料得率、木质素脱除率、还原糖得率、聚糖转化率和结晶度的影响。结果表明,预处理后,玉米秸秆的结晶度均降低。机械盘磨可以减小纤维长度和颗粒尺寸,增大比表面积,暴露出更多的纤维素活性位点,增加纤维素和纤维素酶的反应活性,提高其酶解性能。确定了酶解适宜的条件:纤维素酶用量30 U/g,β-葡萄糖苷酶用量10 U/g,酶解温度50℃和时间72 h,在此条件下NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3联合盘磨预处理后玉米秸秆的还原糖得率分别为41.00%,23.02%,65.77%和22.22%,聚糖转化率分别为39.04%,18.53%,70.49%和21.33%。在最优条件下,NH_3·H_2O联合盘磨预处理玉米秸秆的还原糖得率和聚糖转化率最高,是一种具有前景的预处理方法。     

亚硫酸氢盐预处理对玉米秸秆酶水解的影响

研究了亚硫酸氢钠对玉米秸秆进行预处理的条件,主要考察了亚硫酸氢钠用量、预处理温度和pH值对玉米秸秆酶水解效率的影响。结果表明:在温度180℃、保温30min时,随着亚硫酸氢钠用量的增加,木质素和半纤维素的溶出量增大,从而促进玉米秸秆预处理后底物的酶水解,当亚硫酸氢钠用量为7%时,酶水解转化率和葡萄糖得率分别为69.40%和62.44%;预处理温度越高,酶水解效率越高,温度190℃、保温30min时底物酶水解转化率达到了81.04%,葡萄糖得率71.91%;预处理pH值升高,酶水解效率相应增大,pH值在4.2～4.7之间时,酶解效率增加明显。     

玉米秸秆稀酸预处理的研究

研究了玉米秸秆稀酸预处理条件对木糖得率和纤维素酶水解性能的影响.在单因素试验的基础上,用正交试验法对稀酸预处理条件进行优化.在固液比1∶10、硫酸质量分数0.75%、温度150℃条件下处理30min,木糖得率最大为85.64%.100g玉米秸秆经稀酸预处理和纤维素酶水解后,可得到最大总糖量49.74g.分析结果表明,木糖得率最大影响因素为酸浓,酶解得率最大影响因素是温度.温度对综合指标的影响极显著,酸浓影响显著,时间影响不显著.预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.     

吉林省玉米秸秆综合利用存在的问题与解决方法

为了吉林省持续推行秸秆禁烧政策,针对吉林省玉米秸秆综合利用现状进行了简要阐述,分析了存在的问题,提出了具有针对性的解决方法。结果认为:现阶段应将吉林省解决秸秆禁烧的重点放在玉米秸秆直接还田和燃料化方面,对推进秸秆禁烧工作具有重要意义。     

玉米秸秆蒸汽爆破降解产物的分析

采用高效液相色谱(HPLC)和气质联用(GC-MS)色谱技术对玉米秸秆蒸汽爆破降解产物进行分析.玉米秸秆经蒸汽爆破预处理后,其纤维素、半纤维素和木质素降解损失分别为9.60%、47.98%和17.55%.采用HPLC对碳水化合物降解和分解产物定量分析,100g玉米秸秆预处理后,产生甲酸2.10g、乙酸2.00g、乙酰丙酸0.10g、5-羟甲基糠醛0.08g和糠醛0.13g.采用GC-MS对木质素和提取物降解产物定性分析,共检测出14种芳香类化合物、22种脂肪酸类化合物和5种呋喃化合物.     

丘陵地区秸秆资源利用的困境与出路——以内江市为例

对于农作物秸秆这样一种重要的生物质资源,通过实地调研及查阅统计资料,测算了十二五期间内江市的秸秆资源理论总量,并对其利用现状和困境进行了分析。结果表明:内江市秸秆资源理论年均量为1582.43×10~3 t,其中玉米和水稻秸秆比例最大,从区域产量来看以资中县秸秆产量最丰富,整个区域以秸秆肥料化利用为主。受生产方式的影响,秸秆资源肥料化利用最多,其中直接还田方式方便但利用效率低,腐熟还田及堆沤还田技术能有效提高秸秆利用效率,但经济成本相对较大,推广范围有限。针对丘陵区秸秆资源利用现状,提出了推广秸秆处理技术、建立秸秆产业化配套利用体系及推行惠民政策、完善服务保障体系等建议。