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。     

稀碱法预处理对秸秆厌氧发酵产气的影响研究

[目的]为获得产气效果较好的秸秆预处理方法。[方法]通过稀碱法预处理的单因素分析,研究了稀碱法预处理中NaOH浓度、水浴加热时间和温度对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的影响。[结果]当NaOH浓度为6%时,秸秆厌氧发酵产气效果最佳,产气量比未处理的对照组提高了110%。水浴加热时间以3 h为最佳,产气量比对照组提高了107.9%。水浴加热温度以100℃为最佳,产气量比对照组提高了115.8%。[结论]稀碱法预处理对秸秆厌氧发酵产气效果有明显的促进作用。     

硫酸法测定4种常见农作物秸秆的木质素含量

采用硫酸法对高粱、玉米、小麦、油菜等4种常见农作物秸秆中的木质素含量进行了测定,并讨论了硫酸浓度、硫酸作用时间、浓硫酸作用后溶液稀释浓度、回流时间等测定条件对木质素含量的影响.结果表明,最佳测定条件为:25 ℃恒温下,用75%硫酸与试样作用2.0 h,然后稀释酸浓度为3.0%并加热回流4.0 h.在该条件下,测得高粱、玉米、小麦、油菜秸秆中木质素的含量分别为17.08%、14.93%、20.51%、14.76%.     

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。     

超声波联合TiO2-SiO2固体酸提取小麦秸秆木质素的研究

采用超声波处理联合固体酸提取小麦秸秆木质素,探讨固体酸浓度、超声处理时间、超声波功率、原料固液比对木质素提取率的影响.研究结果表明,较优的制备工艺为固体酸浓度3.0％、超声处理时间50 min、超声波功率450 W、原料固液比1∶6.在该工艺条件下,木质素的提取率为75.12％,比相同工艺条件下常规提取法的提取率高20.25％.     

碱处理中温度对不同底物特性木质纤维素结构及酶解的影响

为研究碱法预处理中温度对不同底物特性的木质纤维素结构及酶解效率的影响,选用柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom,简称CKK,以下简称柠条)、水稻秸秆、小麦秸秆为原料,用NaOH溶液分别在常温和高温条件下进行预处理;通过扫描电镜(简称SEM)分析、傅立叶转换红外光谱(简称FTIR)分析、X-射线衍射(简称XRD)分析等分析预处理后木质纤维素的表面形态、化学成分及结晶度的变化,并用纤维素酶对预处理后的木质纤维素原料进行酶解糖化试验。SEM和成分分析结果表明,NaOH溶液碱处理能有效去除木质纤维素的木质素成分,破坏致密的物理结构;FTIR图谱表明,经NaOH溶液处理后,柠条、水稻秸秆和小麦秸秆的木质素结构受到一定程度的破坏,羟基、亚甲基、甲氧基和酯键等部分官能团发生断裂;XRD分析和酶解结果显示,碱处理能破坏木质纤维素原料中的结晶区,增大原料的孔隙率和内表面积,从而增加纤维素酶的可及性和酶解转化率,经过24 h酶解后,高温下碱处理能使水稻秸秆葡聚糖的转化率高达94.87%;其中,温度又作为一个重要的因素影响NaOH溶液碱处理的效果,当温度升高时,NaOH溶液碱处理对木质素的去除效果更好,对底物的物理结构破坏更严重,因此升高温度会促进NaOH溶液碱处理的作用效果。     

棉秆在NaOH中水解过程的神经网络模拟与优化

生物质糖化是生物质高值化利用的重要途径。以棉花秸秆为原料,研究NaOH浓度、反应温度、时间及固含量等因素对棉秆水解后还原糖含量和木质素含量的影响,并采用神经网络对棉秆在NaOH中的水解过程进行模拟与优化,建立棉秆在NaOH中水解过程的神经网络模型,得到棉秆在NaOH中水解的最佳条件为:10%NaOH、60℃、24h和5%固含量,预处理后棉秆的还原糖含量为74.80%,木质素含量为23.21%。通过试验及神经网络模型的预测和优化,提高了棉秆在NaOH中水解后的还原糖含量,为棉秆水解发酵生产燃料乙醇技术的研究奠定了基础。     

超声联合NaOH预处理小麦秸秆与猪粪混合厌氧发酵特性

【目的】研究NaOH及其与超声联合预处理对小麦秸秆与猪粪混合厌氧发酵特性的影响。【方法】采用0%,3%,6%NaOH单独(分别命名为CK,3%,6%处理)或其联合250 W超声波15 min (分别命名为CK+,3%+,6%+处理)预处理小麦秸秆,用扫描电镜观察小麦秸秆表层结构的变化,之后将预处理的小麦秸秆与猪粪按照2∶1,1∶1,1∶2比例(质量比)进行混合发酵,测定小麦秸秆与猪粪不同配比下混合厌氧发酵过程中产气量、pH、碱度和挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)的变化。【结果】经NaOH单独预处理或其与超声波联合预处理后,小麦秸秆表面结构均受到了明显破坏。从发酵开始,各处理的日产气量均在第3天左右达到第1次峰值,在第8天左右下降到最低值;随着水解酸化的进行,各处理的日产气量又出现第2次高峰,但出现高峰时间差异较大。在NaOH单独预处理组或其与超声波联合处理组中,当小麦秸秆与猪粪按照2∶1,1∶1比例混合时,随NaOH含量的增加,累积产气量均呈增大趋势;当小麦秸秆与猪粪按照1∶2比例混合时,NaOH单独预处理组中CK组累积产气量最大,而联合预处理组中3%+处理累积产气量最大。预处理小麦秸秆与猪粪混合厌氧发酵效果依赖于两者混合比例。在整个发酵过程中,当小麦秸秆与猪粪配比分别为2∶1,1∶1和1∶2时,NaOH单独预处理的pH分别为5.6～7.7,5.6～7.6,5.7～7.7,NaOH与超声波联合预处理的pH分别为5.7～7.9,5.6～7.6,5.7～7.7,可见NaOH单独预处理及其与超声波联合预处理的pH并无明显差异。当小麦秸秆与猪粪按照2∶1比例混合时,碱度增加速率最快,并在整个发酵期内总体较高,其次是1∶1配比组,1∶2配比组最低。在发酵过程前期VFA质量浓度变动幅度较大,发酵后期VFA质量浓度变动幅度较小。总体上各预处理小麦秸秆与猪粪配比为1∶1时的VFA质量浓度与1∶2配比组接近,但是高于2∶1配比组。超声单独预处理可提升产气效果,但相比NaOH单独处理,超声与NaOH联合预处理并不具有增强产气效果的协同作用。【结论】经6%NaOH预处理后小麦秸秆与猪粪按照2∶1比例混合后,可获得良好的产气效果。     

秸秆可溶性糖测定时样品前处理条件的优化

为确定秸秆可溶性糖测定时样品的最佳前处理条件,研究单因素对玉米秸秆和小麦秸秆可溶性糖得率的影响。利用中心组合试验(Box-Behnken)和响应曲面法(RSM)对主要前处理参数进行优化,并得到回归模型。结果表明:固液比(秸秆质量与水体积比)、水浴温度、提取时间和存放时间对玉米秸秆和小麦秸秆可溶性糖得率影响显著(P<0.05)。回归方程较好的反映了可溶性糖得率与固液比、水浴温度和提取时间的关系。玉米秸秆可溶性糖测定的最佳前处理条件为,固液比0.31g/mL,水浴温度94℃,提取时间63min,此条件下的可溶性糖得率为3.85%。小麦秸秆可溶性糖测定的最佳前处理条件为,固液比0.33g/mL,水浴温度95℃,提取时间58min,此条件下的可溶性糖得率为3.39%。     

棉花秸秆超声波碱预处理研究

为了缓解能源危机,充分利用棉花秸秆制备燃料乙醇,采用超声波辅助碱处理方法对棉花秸秆进行预处理.通过单因素试验和Box-Behnken试验,分析超声波辅助碱预处理因素对处理效果的影响规律,建立预处理时间、氢氧化钠浓度、液固比与纤维素、木质素含量之间的回归关系,据以优化工艺条件.结果表明,所建回归模型显著,具有预测意义.各因素对棉花秸秆预处理效果影响主次顺序为处理时间＞氢氧化钠浓度＞液固比,超声波辅助碱预处理棉花秸秆的优化条件为超声波功率420W、氢氧化钠浓度3.5％、处理时间90 min、液固比21:1,处理后秸秆中纤维素含量达58.02％,比原秸秆提高了45.60％.处理前后棉花秸秆结构SEM观察,显示超声波辅助碱预处理可以溶出大量半纤维素和部分木质素,并且有效打破木质纤维素的结晶结构,具有显著效果.     

超声波预处理协同固体酸水解小麦秸秆制备乙酰丙酸的研究

[目的]研究超声波预处理协同固体酸水解小麦秸秆制备乙醇丙酸。[方法]以小麦秸秆为原料,采用超声波预处理和固体酸协同水解制备了乙酰丙酸,探讨了经过超声波预处理后水解温度、水解时间、固体酸用量、液固比对乙酰丙酸得率的影响,并采用响应面法建立二次回归模型对水解工艺进行了优化。[结果]乙酰丙酸的得率与固体酸用量、水解温度、液固比和水解时间等工艺有关;得出最优工艺条件为：水解温度235℃、反应时间35min、固体酸的用量为7.4%,此时乙酰丙酸的得率为22.98%,比在相同工艺条件下未超声波处理的得率提高了10.25%。[结论]在固体酸水解小麦秸杆制备乙酰丙酸过程中,通过超声波预处理的协同反应,能够有效提高乙酰丙酸的得率。     

白腐菌产漆酶培养条件的响应面法优化

[目的]采用Plackett-Burman试验设计法、响应面法,对灰盖鬼伞菌(Coprinopsis cinerea)产漆酶进行了发酵工艺条件的优化研究。[方法]首先利用Plackett Burman设计试验筛选出影响产酶的麦麸、稻草粉和酵母粉3个主要因素。在此基础上,用最陡爬坡路径逼近最大响应区域,再利用Box-Behnken试验设计、响应面分析法进行回归分析。[结果]麦麸、稻草粉和酵母粉浓度与漆酶活力存在显著的相关性,得到最佳培养基条件。当麦麸10.188 g/L、稻草粉9.379 g/L、酵母粉3.613 g/L时,漆酶活力达到729.89 U/ml。[结论]经3批培养验证,预测值与验证试验平均值接近。     

Effects of long-term full straw return on yield and potassium response in wheat-maize rotation

The effect of long-term straw return on crop yield, soil potassium(K) content, soil organic matter, and crop response to K from both straw and chemical K fertilizer(K_2SO_4) were investigated in a fixed site field experiment for winter wheat-summer maize rotation in 6 years for 12 seasons. The field experiment was located in northern part of North China Plain with a sandy soil in relatively low yield potential. Two factors, straw return and chemical K fertilizer, were studied with two levels in each factor. Field split design was employed, with two straw treatments, full straw return of previous crop(St) and no straw return, in main plots, and two chemical K fertilizer treatments, 0 and 60 kg K2 O ha~(–1), as sub-plots. The results showed that straw return significantly increased yields of winter wheat and summer maize by 16.5 and 13.2% in average, respectively, and the positive effect of straw return to crop yield showed more effective in lower yield season. Straw return significantly increased K absorption by the crops, with significant increase in straw part. In treatment with straw return, the K content in crop straw increased by 15.9 and 21.8% in wheat and maize, respectively, compared with no straw return treatment. But, straw return had little effect on K content in grain of the crops. Straw return had significant influences on total K uptake by wheat and maize plants, with an increase of 32.7 and 30.9%, respectively. There was a significant correlation between crop yield and K uptake by the plant. To produce 100 kg grain, the wheat and maize plants absorbed 3.26 and 2.24 kg K2 O, respectively. The contents of soil available K and soil organic matter were significantly affected by the straw return with an increase of 6.07 and 23.0%, respectively, compared to no straw return treatment. K_2SO_4 application in rate of 60 kg K2 O ha~(–1) showed no significant effect on wheat and maize yield, K content in crop straw, total K uptake by the crops, soil available K content, and soil organic matter. The apparent K utilization rate(percentage of applied K absorbed by the crop in the season) showed difference for wheat and maize with different K sources. In wheat season, the K utilization rate from K_2SO_4 was higher than that from straw, while in maize season, the K utilization rate from straw was higher than that from chemical fertilizer. In the whole wheat-maize rotation system, the K absorption efficiency by the two crops from straw was higher than that from K_2SO_4.     

磷酸预处理对小麦秸秆酶解糖化的影响

为提高小麦秸秆木质纤维素的能源化利用效率,在常压温和条件下用磷酸对小麦秸秆进行预处理,研究了预处理秸秆颗粒度、固液比、温度、时间对小麦秸秆酶解糖化率的影响,并用扫描式电镜分析了预处理前后小麦秸秆结构的变化.结果表明,在小麦秸秆颗粒度60目、固液比1.0∶8.5、温度70℃、处理时间1.0h的预处理条件下,小麦秸秆酶解糖化率50 min时从25.4％(未预处理)提高到70.3％(预处理).SEM分析表明,经磷酸预处理后小麦秸秆崩解为碎片,为后续的酶解糖化提供了良好的条件.     

小麦秸秆对尿素中养分的吸附研究

小麦秸秆浸泡于尿素溶液,通过吸附试验,利用半微量凯式定氮法,研究了小麦秸秆在不同尿素浓度下对氮素的吸附能力。结果表明:小麦秸秆对氮素具有吸附作用,理论最大吸附量为9mg/g纯氮(单位秸秆量的吸氮量),纯氮浓度为150mg/L(常规施肥水平)尿素溶液条件下,其吸附纯氮量达2.4mg/g;第1d内,小麦秸秆主要以吸水途径吸附尿素,1d后其可能以电子吸附和比表面能吸附为主;常规施肥水平下,以1hm2地秸秆还田量达4500kg计,可吸附拦截的纯氮总量约为10.8kg。这为小麦秸秆的还田利用在减少肥料流失方面的作用提供了理论依据。     

酶制剂对麦秸的特性影响

研究了不同类型酶制剂对麦秸的酸、碱性及缓冲容量、苯醇抽提物含量、表面自由基等特性的影响。用酶制剂处理的麦秸作原料压制了刨花板,测试了其主要性能。结果表明:在一定条件下,酶可以从细胞中分离出来,而不影响它的作用;经过酶制剂处理后,麦秸的pH值变化不大,但缓冲容量有所降低;经过纤维素和半纤维素的复合酶制剂处理之后,麦秸表面的自由基有了较大提高;脂肪酶制剂处理后,麦秸的苯醇抽提物含量下降,处理时间愈长,效果愈好,这也间接说明,脂肪酶处理麦秸,可以降低其表面的蜡状物;用经过酶制剂处理后的麦秸作原料,可以压制出性能较好的脲醛树脂胶合的麦秸刨花板。     

秸秆还田对小麦玉米轮作田土壤有机碳质量的影响

利用小麦-玉米轮条件下不同秸秆还田方式进行定位试验,对不同秸秆还田方式下土壤有机碳和活性有机碳含量进行了6a11季的连续监测,结果表明:单施化肥和秸秆还田配施化肥均能提高土壤有机碳含量;3种还田方式均能显著提高活性有机碳和碳库管理指数,表现为玉米秸秆还田>两季秸秆还田>小麦秸秆还田;3种秸秆还田处理的土壤有机碳增长速率为玉米秸秆还田>两季秸秆还田>小麦秸秆还田。小麦季玉米秸秆还田对有机碳活性提升效果优于两季秸秆还田和玉米季小麦秸秆还田。     

秸秆还田和品种对土壤水盐运移及小麦产量的影响

试验设置秸秆还田和不还田两种方式,选用抗盐小麦德抗961和普通小麦鲁麦10,以探明秸秆还田和品种选择对盐渍土水盐运移和小麦产量的影响.研究结果表明,秸秆还田能够减少水分散失,提高土壤含水量,同时减轻盐分在表层土壤的富集,有利于提高小麦产量.选用抗盐小麦品种不仅提高了小麦的抗盐能力,也降低了表层盐分的进一步富集.小麦产量的提高得益于产量构成因素的综合改善,其中每公顷穗数贡献较大.从减轻盐分表层富集和提高产量幅度来看,品种选择的效果优于秸秆还田.因此,选用抗盐品种,并结合秸秆还田,可以显著提高盐渍土小麦产量.     

秸秆还田对旱地小麦旗叶衰老及产量的影响

为了研究秸秆还田对旱地小麦的影响,通过田间试验的方法,研究了秸秆还田对旱地小麦旗叶衰老及产量的影响。试验结果表明,秸秆还田处理的小麦旗叶超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白含量均比未还田的要高,而过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量均比未还田处理的要低。在花后20天后,秸秆还田处理的小麦旗叶SOD活性、可溶性蛋白含量均比秸秆未还田的要高,并且增加的速度在加快;而POD活性、MDA含量均比秸秆未还田处理的要低,并且降低速度同时也在加快。秸秆还田可以维持较高的保护酶体系,减少膜的破坏。在产量结构及产量上,秸秆还田处理的穗数、穗粒数、千粒重等明显比未还田处理的高,产量也有显著提高,比秸秆未还田处理高10.07%。因此,秸秆还田处理利于缓解旱地小麦旗叶的衰老,对旱地小麦的产量有提高作用。     

木聚糖酶处理对麦秸表面性能的影响

通过研究木聚糖酶处理条件对麦秸表面性能的影响,得出最佳工艺条件为:处理温度45℃、时间6 h、pH 5.0、酶用量205.0 IU.g-1.借助扫描电子显微镜和傅立叶红外光谱分析技术,分析酶处理后麦秸单元的微观结构和表面官能团变化的结果表明:酶处理的麦秸单元的外表面接触角显著减小;—OH峰明显增加,纤维素、木质素类物质大量暴露出来;蜡质层脱落和翘起,有明显纤维骨架露出,有利于提高其胶合性能.