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。     

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。     

青贮玉米与大豆秸秆混合比例及添加剂对青贮品质及微生物数量的影响

为明确晋北地区农牧交错带青贮玉米（Zea mays）与大豆（Glycine max）秸秆混合比例及添加剂对青贮品质及微生物数量的影响,以全株玉米和大豆秸秆为材料,按质量比10∶0(T0)、8∶2(T2)、6∶4(T4)、4∶6(T6)、2∶8(T8)、0∶10(T10)进行混合青贮,每个混合比例分别设无添加剂对照组（CK）和添加布氏乳杆菌（LB）两个处理,测定青贮饲料的营养成分、发酵品质及微生物数量,并进行感官评定。结果表明,除单独青贮大豆秸秆外,其他处理组的青贮饲料感官评定均为优良。随着大豆秸秆比例的增加,干物质、粗蛋白、水溶性碳水化合物含量增加,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量逐渐下降。青贮玉米和大豆秸秆混合比例为4∶6和2∶8时,乳酸含量高于其他处理组,而pH值、乙酸、丙酸含量和氨态氮/总氮低于其他处理组,且使用添加剂能改善饲料的青贮品质。同时,当青贮玉米和大豆秸秆以4∶6和2∶8的比例混合时,可形成养分互补,提高饲用价值,实现秸秆资源利用价值最大化。本研究为确定晋北地区农牧交错带混合青贮的最优混合比例提供了理论依据。     

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%。     

影响平凉市玉米秸秆青贮利用的因素分析

通过构建Logistic 回归模型,对影响平凉市玉米秸秆利用现状的因素进行了拟合优度评价和回归分析,结果表明性别、文化程度、收入来源、种植面积、预计收益、农户对焚烧秸秆危害的认识程度、环保意识、宣传力度、优惠政策、处罚情况和农业机械化水平是影响农民是否愿意实施秸秆青贮的因素,提出了平凉市玉米秸秆青贮利用相应的发展对策。     

温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及酶解效果

为研究温度-压力解耦条件下汽爆玉米秸秆物化作用及其酶解效果,分别采用不同蒸煮温度（453、471和485 K）和不同爆破压力（1.0、1.5和2.0 MPa）对玉米秸秆进行汽爆处理,测定并分析对其物理结构（微观形貌和多孔特性）、化学组成（组分含量、官能团结构和结晶程度）和热力学性质的影响。结果显示：随蒸煮温度增加,汽爆秸秆中半纤维素和乙酰基含量最高降低50.69%和67.11%,木质素含量最高增加17.66%,整体热稳定性增加;水洗液中糖类产物含量最高降低45.37%,而有机酸和糠醛类含量最高增加37.66%和73.21%。随爆破压力增加,汽爆秸秆多孔特性得到改善,具体表现为累积孔体积、累积孔面积、平均孔径、孔隙率、渗透率和迂曲度均有不同程度增加。汽爆水热改性作用对提升秸秆酶解效果的贡献大于其物理爆破作用,但在较高温度条件下对结构性成分的过度降解可能导致回收率降低,从而影响葡萄糖得率。在471 K低温维持和2.0 MPa高压爆破条件下,汽爆秸秆纤维素水解率最高达到87.99%,表明温压分控汽爆预处理策略有效促进秸秆纤维素酶解转化。研究可为揭示木质纤维素类物料汽爆过程物化作用机理、提高预处理和后续转化利用效果提供理论依据。     

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。     

螺杆挤压连续汽爆玉米秸秆的稀酸水解效果

对采用螺杆挤压连续汽爆方法处理的玉米秸秆进行酸水解,探讨稀硫酸和稀盐酸在酸浓度、反应时间、反应温度及固液比等因素对经过处理的玉米秸秆水解效果的影响。结果表明：在硫酸水解正交试验中,影响水解过程的因素由主到次分别为：原料类型、固液比、水解温度、酸浓度和水解时间。其优化条件为：硫酸浓度3%,水解温度110℃,水解时间60 min,固液比1︰15,此时120℃下汽爆10 min的原料的水解效果最好,还原糖得率可达39.7%。在盐酸水解的正交试验中,影响水解过程的因素由主到次分别为：水解温度、原料类型、水解时间、酸浓度和固液比。在最优条件下,即采用120℃下汽爆6 min的原料,在盐酸浓度为3%,水解温度 110℃,水解时间60 min,固液比1︰20的条件下进行水解,还原糖得率为42.0%。结果表明,螺杆挤压连续汽爆方法能有效提高玉米秸秆在稀酸条件下的水解能力。     

不同预处理玉米秸秆对猪粪厌氧发酵重金属镉钝化效果

由于养殖饲料中重金属添加剂的使用,使畜禽粪便中重金属含量增加。为减少畜禽粪便重金属的污染,该研究以猪粪为发酵原料,通过添加不同预处理(稀H2SO_4处理、Na OH处理)的玉米秸秆,在温度35℃,接种物量30%,总固体(Total Solid,TS)浓度为10%,pH值为7.0,C/N比为25的条件下进行90 d厌氧发酵试验,旨在研究添加玉米秸秆对重金属Cd钝化效果的影响。结果表明:猪粪厌氧发酵过程中添加玉米秸秆有利于重金属Cd从有效态转化为稳定态;猪粪在厌氧发酵过程中添加玉米秸秆能提高重金属Cd的钝化效果,添加碱处理玉米秸秆钝化效果最佳,为32.38%,添加稀酸处理玉米秸秆的处理钝化效果次之,为32.00%。显著性分析表明,猪粪厌氧发酵过程中添加酸碱处理玉米秸秆对重金属Cd的钝化效果显著高于猪粪单独发酵和添加不经过处理的玉米秸秆(P0.05),而添加稀酸处理秸秆与添加碱处理秸秆重金属钝化效果差异不显著(P0.05);傅立叶红外光谱法(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)显示厌氧发酵后,沼渣中碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等有机物含量减少,腐殖质含量增加,添加玉米秸秆后有机物腐殖化程度有所提高,且添加碱处理玉米秸秆时有机物腐殖化程度较好,其次是添加酸处理玉米秸秆的处理。因此在猪粪厌氧发酵过程中适量添加经过酸、碱处理的玉米秸秆,可以降低沼渣中重金属Cd的生物有效性。研究结果可为畜禽粪便厌氧发酵重金属钝化提供参考。     

汽爆玉米秸秆酶解时表观酶活及物料理化性质的变化

为推动汽爆玉米秸秆生产丁醇的工业化进程,从工程实际出发,针对汽爆玉米秸秆酶解过程进行研究,考察酶解液糖浓度、纤维素酶表观酶活以及搅拌器搅拌功率的变化,并利用显微镜、电镜、X-ray、以及粒度分布仪对酶解反应过程中物料物理化学性质的改变进行表征。结果表明：随着酶解反应的进行,酶解液糖浓度从初始的0持续增加到56.25 g/L,搅拌功率持续降低,由反应初期的32.3 W降低至反应后期的5.2 W,且都是在1 h内变化最快;纤维素酶表观酶活则表现为先降低后增加,然后再降低的趋势;在酶解过程中固体颗粒粒度呈现降低的趋势,比表面积逐渐增加,结晶度和微晶尺寸也有所降低,颗粒内部空腔增多。该研究为秸秆丁醇工业化提供参考。     

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。     

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%。     

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。     

CaO预处理提高玉米秸秆厌氧消化产沼气性能

为探索CaO预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产沼气的影响,采用了3种不同质量百分数的CaO分别在3种不同处理时间下对玉米秸秆进行预处理,并在中温条件下进行了厌氧消化试验。试验结果表明,经过CaO预处理后,玉米秸秆的组分被不同程度破坏,厌氧消化产沼气能力有较大提高,厌氧消化时间有所缩短。综合日产气量、累积产气量、厌氧消化时间等各项参数来看,以5%CaO预处理3d的处理效果最佳,与未经预处理的效果相比,累积产气量提高了136.85%,消化时间缩短了5d,总固体（TS）和挥发性固体（VS）去除率分别提高了21.72%和7.18%,综合效果要优于其他处理组,有效地提高了玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率。     

考虑维护土壤功能的玉米秸秆能源开发潜力模拟

为获得可持续性的生物质能,在收集玉米秸秆时,需要考虑维护土壤功能的秸秆需求量。为维护土壤功能,结合相关文献所测定不同类型土壤的玉米秸秆保留量的最大值、中位值和最小值,研究设计了土壤玉米秸秆高保留、适度保留和低保留3种情景。针对不同情景,首先依据不同省份的土壤类型(黏土、壤土和沙土)和玉米种植面积,计算出玉米田地秸秆最小保留量(包括最大值、最小值和中位值);在此基础上,考虑可获取性及饲料、燃料等用途,得到可用于生物质能的玉米秸秆开发潜力;考虑农村秸秆生活用能可替代性和玉米秸秆热值,计算出不同替代率下秸秆能源开发潜力。通过研究发现,当考虑土壤功能时,假定未来秸秆燃烧完全替代,在低保留情景下,2020、2030和2050年的玉米秸秆潜力分别为2.79、2.82、3.96亿t。在高保留情景下,对应年份的秸秆可利用潜力分别为0.56、0.58、1.69亿t。考虑土壤秸秆保留量时,玉米秸秆潜力偏低。虽然考虑土壤秸秆保留量,减少了短期内生物质能开发潜力,但有利于农业和生物质能源的可持续性发展。过多的秸秆留田,不仅造成资源浪费,也会产生CH4等温室气体。研究结果为合理开发玉米秸秆资源提供了科学依据。     

碱浓度和温度对玉米秸秆木聚糖提取率和品质的影响

由于提取率和产品品质等方面的原因,作为玉米秸秆主要成分之一的木聚糖还未能得到充分有效的利用。为改善玉米秸秆木聚糖的提取率和品质,对影响木聚糖提取的碱浓度和温度2个关键因素进行了研究。使用组分分析和凝胶渗透色谱等手段对木聚糖得率、纯度和结构进行了研究,同时分离得到纤维素和醇溶木质素。结果表明,Na OH浓度对木聚糖得率和结构的影响比温度显著,较优提取条件为:Na OH浓度为10%(w/v),提取温度90℃,此条件下木聚糖的溶出率和回收率分别为86.37%和76.92%,木聚糖纯度为63.90%。凝胶渗透色谱结果显示,碱浓度的增加使木聚糖的分子量降低,而随温度的升高则呈先升后降的趋势。此外,提取剩余物中纤维素的含量随碱浓度和温度强度的增加而增加。研究证明组合适当的碱浓度和提取温度可以在保证品质的前提下得到较高的木聚糖提取率。     

玉米秸秆振动压缩过程的应力松弛试验

中国玉米秸秆资源非常丰富,由于本身松散、密度低的特点,其贮运成本较高,压缩致密是解决这一问题的最有效方法。在压缩过程中,玉米秸秆表现出的流变特性造成能耗高、压缩设备关键部件磨损严重以及生产率较低的问题,是制约其推广应用的主要瓶颈。针对这些问题,该文将振动引入玉米秸秆的压缩过程中,在自行设计的振动压缩试验系统上进行了揉碎后的玉米秸秆叠加振动与不加振动压缩应力松弛的试验研究,利用MATLAB软件的2阶指数方程对试验数据进行拟合,得到玉米秸秆振动压缩过程的2阶Maxwell应力松弛流变模型参数,其拟合度均大于0.9。基于流变模型,对应力松弛速率、应力松弛时间参数进行了分析,其结果为：压缩过程叠加振动,能够提高应力松弛速率、降低应力松弛时间以及成型块内部的残余应力,从而可降低再次压缩的压缩阻力、提高产品质量以及生产率,为解决现有成型设备高能耗低效率等问题提供了新的途径。