三球懸鈴木落葉生物質制氫工藝試驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、本論文是在國家自然科學基金項目―生物質多相流光合產氫過程調控機理及光熱傳輸特性研究(編號:51376056)‖的資助下完成的。
  化石能源日益的枯竭以及生態(tài)環(huán)境的惡化,尋求清潔可再生能源受到廣泛關注。目前針對生物質的利用成為研究熱點,在不同種類生物質資源被利用的情況下,落葉是還沒有被完全利用的生物質資源。本文選用常見的綠化樹木三球懸鈴木落葉為原料,對其光合生物產氫特性進行了研究。首先從酶解工藝出發(fā),在最大限度上提高酶解產糖量、降

2、低酶解成本的基礎上,確定落葉酶解糖化的最佳酶解工藝條件。其次在對落葉進行預處理的工藝上,利用正交實驗優(yōu)化了稀硫酸預處理工藝。再次研究不同酸堿的預處理對落葉光合生物制氫的影響,并利用修正的Gompertz方程對產氫過程進行回歸分析,驗證了以落葉為原料進行光合生物制氫的可行性和預處理的必要性。最后以單位產氫量為依據(jù),研究了光照、溫度、底物濃度、接種量和初始pH對三球懸鈴木落葉同步糖化產氫的影響,利用Plackett-Burman實驗對以上五

3、個因素進行篩選,篩選出對三球懸鈴木落葉同步糖化生物制氫影響顯著的因素,然后利用響應面法對其進行優(yōu)化實驗,對實驗結果進行直觀分析與方差分析,以獲取最佳產氫工藝條件。
  實驗結果表明,
 ?。?)通過對三球懸鈴木落葉的主要成分測定,纖維素、半纖維素和木質素含量分別為32.51%、19.65%和30.13%,這和農作物秸稈生物質相比差別小于10%,說明三球懸鈴木落葉可以作為產氫原料。
  (2)高效酶解預處理不僅能提高產氫

4、效率、也能降低產氫成本,通過對酶解時間、酶負荷和底物濃度單因素分析,得出最佳酶解條件:酶負荷為150mg/g落葉、酶解反應時間為9h、底物濃度為250mg/mL。
 ?。?)通過Plackett-Burman實驗的篩選,得出溫度、初始pH和接種量三個因素對落葉同步糖化產氫影響比較顯著,利用響應面對這三個因素進行優(yōu)化實驗,并對實驗結果進行方差分析得出同步糖化產氫的最佳工藝:pH為6.30、溫度為35.71℃、接種量為26.63%、產

5、氫量為58.65mL/g,實驗結果和方程擬合預測值(59.17mL/g)基本吻合。
 ?。?)在以落葉為原料進行光合生物產氫過程中,產氫發(fā)酵液里的小分子酸隨著產氫的進行也在不斷地變化,在產氫底物為5g的情況下,光合產氫的發(fā)酵液里累積得到的小分子酸為:乙酸、丁酸、丙酸以及乙醇的濃度分別為624mg/L、422mg/L、558mg/L和866mg/L;暗發(fā)酵產氫末端液相中乙酸、丁酸、丙酸以及乙醇的濃度分別為2966mg/L、1624m

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