螺杆挤压连续汽爆玉米秸秆流变性分析

为玉米秸秆在装置内的流场模拟提供重要物性参数,用螺杆挤压连续汽爆装置处理玉米秸秆,对得到的挤出物和汽爆物进行流变性分析。该文研究了玉米秸秆挤出物和汽爆物在不同温度下的流变曲线、温度对其表观黏度的影响,利用测试数据对其流变模式进行了线性拟合。结果表明：玉米秸秆挤出物和汽爆物具有明显的剪切稀化现象,均属假塑性流体;在低剪切速率时,流变曲线受温度的影响不明显,在高剪切速率下,流变曲线受温度的影响较明显;通过运用宾汉、卡森和幂律3种流变模式进行线性拟合发现,玉米秸秆挤出物和汽爆物的拟合效果均为幂律模式最佳,宾汉模式最差;挤出物和汽爆物的幂律模式本构方程可用于计算精确的流场模拟结果,为挤出物在单螺杆内和汽爆物在连续酶解装置的流动状态提供模拟依据。     

玉米秸秆稀酸水解时糠醛形成原因及影响因素

该文通过试验研究了玉米秸秆在稀酸水解过程中糠醛类物质的产生规律和主要影响因素。试验结果表明：己糖转化为羟甲基糠醛的反应是水解液中糠醛类物质产生的主要原因,而戊糖向糠醛的转化率较低。影响水解液中糠醛类物质浓度最大的因素是还原糖浓度,在所有系列试验中糠醛浓度同还原糖浓度均显著相关;水解时间对水解液中糠醛类物质浓度有显著影响,糠醛浓度随着水解时间的增加而升高;稀硫酸0.5%～2.5%浓度的范围内能够有效提高己糖向羟甲基糠醛的转化效率;而固含物和水解温度在试验条件下对糠醛类物质的产生没有显著影响。     

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性

为了研究青玉米秸秆未汽爆和汽爆预处理后厌氧发酵产沼气特性,该文采用汽爆压力为2.5MPa,保压时间为90s,加入质量分数为30%的沼液,未气爆青玉米秸秆的TS(总固体物)质量分数为6%,汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵的TS质量分数分别为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%和15%,考察了厌氧发酵过程中pH值和产气量随时间和TS质量分数的变化。结果表明:未汽爆秸秆在TS质量分数为6%时能够顺利厌氧发酵,但汽爆秸秆厌氧发酵液极易酸化,且无法调节,适宜的TS质量分数最大为4%;未汽爆秸秆挥发性固体产气率为214.6mL/g,汽爆秸秆在TS质量分数为3%时产气率最大,为334.8mL/g,比未处理秸秆提高了56%;未汽爆秸秆的产气速率为3.3mL/(g·d),汽爆秸秆产气速率随TS质量分数增大而减小,在TS质量分数为1%时最大,为14.8mL/(g·d)。青玉米秸秆经汽爆预处理后其厌氧发酵产沼气的产气率和产气速率大大提高,可以节约发酵时间,缩短发酵周期,有利于秸秆能源化利用的工业化生产。     

玉米秸秆稀酸水解糖化法影响因子的研究

该文通过分析水解还原糖成分,研究了温度、时间、稀酸浓度、固形物含量对水解效率的影响;并结合残渣组分分析研究了稀酸水解过程中纤维素、半纤维素降解的规律.研究表明:在试验条件下玉米秸秆的水解主要以半纤维素为主,随着温度、稀酸浓度和水解时间的增加,纤维素的水解逐渐增强.当水解温度超过1000C后,水解得糖率迅速增加,超过110℃,纤维素开始水解;玉米秸秆的水解在前40 min就基本完成,过长的水解时间对水解效率的提高意义不大;水解的酸浓度应控制在1.5%左右;玉米秸秆在低固含物的条件下,水解效率相对较高.方差分析结果显示:温度、酸浓度对水解效率的影响最大,温度和固含物的影响次之,粒径的影响不显著;温度和酸浓度、温度和时间的交互作用对试验结果有影响显著.根据方差分析,最佳水解条件A3B2C3D1E1:温度125℃、时间80 min、稀酸浓度1.5%、固形物含量7.5%,在该条件下水解还原糖得率为32.71%.     

汽爆分梳对玉米秸秆中二氧化硅的分布及其结构的影响

为了研究秸秆中SiO2的富集方法,该文以玉米秸秆为研究对象,利用汽爆、梳理加筛分的方式对秸秆进行分级处理,并采用重量法、扫描电镜和X-射线衍射等技术对分级前后秸秆中二氧化硅的含量、迁移规律以及结构变化进行了分析。结果表明:玉米秸秆的叶子中二氧化硅的含量最高,其次是茎和瓤;分级处理能够实现秸秆的表皮细胞、薄壁细胞等二氧化硅含量高的杂细胞与纤维细胞的有效分离,从而使二氧化硅得到富集;汽爆前后玉米秸秆中的二氧化硅都是以无定形的结构存在的。汽爆分级预处理对于富集秸秆中的SiO2有着积极的作用。     

螺杆挤压膨化机加工农作物秸秆的试验研究

利用小型自热式单螺杆挤压膨化机对农作物秸秆进行膨化加工试验。将螺杆螺距、喷嘴出口间隙、秸秆物料含水率、秸秆物料粒度作为试验因素，经单因素试验和二次通用旋转组合试验找出其对秸秆膨化加工性能(膨化压力、生产率、度电产量等)的影响规律，并经优化设计得出最佳参数组合。利用电子显微扫描观察和分析膨化及未膨化玉米秸、豆秸的微观结构的变化，对农作物秸秆膨化机理进行了初步探讨，并通过膨化和未膨化玉米秸、豆秸的营养成分对照测试分析，证实了秸秆膨化能够改善秸秆的理化性状和营养成分，为提高秸秆的利用率和可消化率创造了条件。     

溶氧量及搅拌速率对青贮玉米秸秆微曝气水解效果的影响

为提高秸秆好氧水解的生物可降解性,试验选用切碎揉丝的青贮玉米秸秆,水解液按照体积比为10%的量添加,以水解液溶氧量(1、2、3、4、5、6mg/L)和搅拌速率(50、100r/min)为变化因素,温度控制在35～38℃、总固体为5%,进行优化设计。研究发现,进行8 d,pH值及氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)值趋近于稳定;搅拌速率为50 r/min、溶氧量为1～4 mg/L;以及搅拌速率为100 r/min、溶氧量为1～2 mg/L范围内,曝气量的提高,对脂肪酸的积累显著,且搅拌和曝气都可促进乙酸、丙酸和正丁酸的积累;搅拌速率为100 r/min,可溶性需氧量(soluble chemicaloxygendemand,s COD)的浓度整体呈现出高于搅拌速率为50 r/min时的状况;以纤维素降解为例,在搅拌速率为100 r/min条件下,溶氧为2 mg/L时,木质纤维素具有较高的降解率,达到48%。     

秸秆挤压膨化机锥形螺杆应力的三维有限元分析

螺杆是挤压膨化机的关键部件，因长期工作在高温、高压等恶劣条件下，对其可靠性提出了较高的要求，螺杆的设计参数直接影响膨化产品的质量和生产率，因此螺杆参数的优化设计至关重要。该文利用现代设计方法和手段，应用Pro/E建立螺杆实体模型，并利用Pro/E与ANSYS的集成技术实现螺杆的完整导入。在此基础上应用ANSYS软件对无圆角、单圆角、双圆角矩形和梯形四种截面的螺杆进行了三维应力分析。分析结果表明，双圆角矩形和梯形截面螺杆承载能力最好，单圆角螺杆次之，无圆角过渡截面螺杆因存在较大应力，集中承载能力最差。该研究结果为进一步进行螺杆的优化设计以及挤压膨化的模拟试验奠定了基础。     

汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺优化

该文对同步糖化发酵玉米秸秆生产纤维乙醇的工艺条件进行了研究,分别利用单因素试验和正交试验考察了影响发酵的工艺条件。结果显示：温度37℃、pH值4.8、底物15%（质量分数）、表面活性剂Tween-20 0.15%（质量分数）、纤维素酶用量30 U/g、酵母用2%的葡萄糖溶液活化,接种量5‰（相对底物干质量）、培养基的组成：KH2PO4 2.5 g/L,(NH4)2SO4 2.0 g/L,MgSO4·7H2O 0.15 g/L,CaCl2 0.35 g/L、发酵时间60 h为同步糖化发酵（SSF）生产乙醇的最优工艺条件,该条件下乙醇的体积分数为2.85%,乙醇得率达理论值的88.12%。     

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.     

蒸汽爆破玉米秸秆热解特性及其动力学分析

生物质的热解作为生物质能研究开发的前沿技术已得到较为广泛的重视。本文采用热重分析法(thermo gravimetric analysis,TGA)对蒸汽爆破预处理后玉米秸秆的热失重特性及其动力学进行了研究。试样加热速率分别为10、20、30、40、50℃/min,加热终温为800℃,采用高纯氮气作为保护气体。结果表明：蒸汽爆破预处理后玉米秸秆在同样加热速率条件下,热解过程特性显著改变,最大热分解速率提高34.57%;分别利用Coats-Redfern法和Kissinger法确定了热解动力学参数,并获得热解动力学模型;试样与原玉米秸秆相比活化能（E）降低24.13%～32.56%,指前因子（A）提高8%～10%。     

响应面法优化玉米秸秆蒸汽爆破预处理条件

在木质纤维素利用研究领域,高浓度还原糖的获得是实现其能源转化的基础。基于Box-Behnken试验设计,选取维压时间、蒸汽压强和碳酸氢铵浓度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了玉米秸秆蒸汽爆破预处理的工艺条件,并建立了工艺数学模型。结果表明：最佳蒸汽爆破预处理条件维压时间227?s,蒸汽压强3.08?MPa,碳酸氢铵2.11%。爆破后的物料经48?h糖化,还原总糖浓度达到60.04?g/L,糖化率达到理论值（71.7%）的83.7%,并验证了数学模型的有效性。试验结果表明蒸汽爆破预处理可以有效提高还原糖浓度。     

不同汽爆预处理对干玉米秸秆青贮效果的影响

为了扩大可用于青贮的玉米秸秆资源量,通过借鉴青贮、黄贮和汽爆玉米秸秆加工技术的优点,该文提出使用低强度汽爆对干黄玉米秸秆进行预处理,改进玉米秸秆青贮效果的方法。通过低强度汽爆（0.6～1.4 MPa,5 min）将玉米秸秆中的半纤维素适当降解为寡糖和单糖,增加玉米秸秆中的可溶性糖含量。调节质量含水率为70%,然后使用塑料袋密闭汽爆预处理后的玉米秸秆进行青贮。通过检测青贮过程中pH值、有机酸含量、氨态氮占总氮的比例等参数,并使用农业部青贮饲料质量评定标准对获得的青贮饲料进行评分。结果显示低强度汽爆（1.0 MPa,5 min）预处理可有效的增加干黄玉米秸秆中的可溶性糖含量,使饲料等级从“一般”到“优”。该方法可有效地增加可用于青贮的玉米秸秆资源量。     

蒸汽爆破预处理和微生物发酵对玉米秸秆降解率的影响

为了提高玉米秸秆的利用效率,首先对玉米秸秆进行蒸汽爆破预处理（压力2.5 Mpa,维压200 s）,然后再进行米曲霉发酵,研究物理和生物学处理对秸秆成分及相关酶活变化的影响。结果表明,蒸汽爆破使秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别达到8.47%、50.45% 和36.65% （p＜0.05）。爆破预处理的秸秆再经米曲霉发酵6 d后,秸秆中纤维素和半纤维素的降解率分别为27.89%和64.80% （p＜0.05）,发酵秸秆中的滤纸酶、羧甲基纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶活力分别达到335.10、1138.92、1954.20和201.99 U/g。爆破预处理后进行米曲霉发酵,对于提高玉米秸秆的降解率具有非常重要的意义。     

超低浓度马来酸水解玉米芯纤维素

为考察超低浓度马来酸对玉米芯纤维素的水解性能,该文采用高温液态水预处理和超低马来酸水解相结合的两步法。3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法和高效液相色谱法(HPLC)分析表明,第一步预处理(200℃,10min,4MPa,500r/min,液固比20:1mL/g)玉米芯可获得12.24g/L还原糖,半纤维素转化率91.76%,损失3.61%的纤维素;其残渣进行第二步酸水解(质量分数0.1%,220℃,20min,4MPa,500r/min,液固比20:1mL/g)可获得9.94g/L还原糖,纤维素转化率达95.17%,约1/3转化为糖。气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析表明,第二步水解液中含有多种木质素降解副产物,如苯酚、苯甲酸等,带有多种活泼基团,可能与糖降解物反应,加快葡萄糖降解正反应的进行。改进反应器,使得糖降解物和木质素降解物及时排出,可提升马来酸水解性能,为马来酸在生物质水解领域的应用提供参考。     

蒸汽爆破前后生物质秸秆的物理化学特性

为深入了解汽爆过程对生物质秸秆的影响,采用扫描电镜和太赫兹时域光谱系统,对汽爆前后的秸秆分别做了检测,分别得到了它们的形貌特征、微区成分分布和太赫兹图谱。其形貌特征显示,秸秆薄壁细胞和表皮被汽爆过程所粉碎,秸秆物质的比表面积大大增加,致使增加了物料的接触面积,在制备沼气或生物质燃料过程中,使得其发酵速度增加。太赫兹时域图谱表明,薄壁细胞和表皮物质的吸收系数,随着频率的增加而增加。同时,由于汽爆因素的影响,它们的吸收系数在汽爆前后明显不同,表明其结构发生了一些变化,微区成分分析也证明了这一点。更为重要的是,薄壁细胞在汽爆前后,其吸收光谱分别检测出2个明显的吸收峰,且前后频率位移较大,但其结构变化的机制、变化与振动峰的关系和对振动峰的归属和指认需要做进一步的研究。