淀粉-纖維素類生物質(zhì)發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的機(jī)理研究.pdf

1、能源與環(huán)境是整個人類共同面對的問題。氫能作為清潔、密度高的可再生能源載體受到越來越多的關(guān)注。本文首先以葡萄糖為模型，驗(yàn)證了生物法發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的可行性。使用兩步聯(lián)產(chǎn)工藝(即第一步用產(chǎn)氫菌降解生物質(zhì)發(fā)酵制取氫氣，第二步用產(chǎn)甲烷菌降解制氫過程產(chǎn)生的液相發(fā)酵制取甲烷)將能源轉(zhuǎn)化率從單純制氫的20％左右提高到聯(lián)產(chǎn)的80％左右。在pH為6左右，底物濃度為1％，接種/底物比例為2時，獲得最高的聯(lián)產(chǎn)量342.2 ml-H2/g葡萄糖和265.1

2、ml-CH4/g葡萄糖。研制出了高效培養(yǎng)產(chǎn)氫菌和產(chǎn)甲烷菌的方法，使用Cl-代替SO42-改良傳統(tǒng)的產(chǎn)氫菌培養(yǎng)基培養(yǎng)和馴化富集產(chǎn)氫菌，增加了產(chǎn)氫菌的產(chǎn)氫能力，并極大地減少了發(fā)酵過程中有害氣體H2S的產(chǎn)生。其次，研究驗(yàn)證了淀粉發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷可行性，其中第一階段產(chǎn)氫階段使用改良產(chǎn)氫菌培養(yǎng)基可基本消除傳統(tǒng)產(chǎn)氫的啟動滯留期12小時左右。通過α淀粉酶和糖化酶處理能提高馬鈴薯發(fā)酵的產(chǎn)氫效果，最大聯(lián)產(chǎn)量為271.2 ml-H2/g-TVS和157.

3、9 ml-CH4/g-TVS，聯(lián)產(chǎn)的能源轉(zhuǎn)化率高達(dá)59.6％。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了連續(xù)流的實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本文首先進(jìn)行了水葫蘆發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的理論研究。實(shí)驗(yàn)研究過程以水葫蘆的預(yù)處理過程對發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的影響為主要研究內(nèi)容，對比了堿法、酸法、瘤胃菌、超聲波等方法，發(fā)現(xiàn)堿/酶法效果較好，其中堿濃度為0到5％時，3％的堿濃度最利于發(fā)酵制氫過程。水葫蘆的葉和莖部分經(jīng)過堿加酶預(yù)處理后可以用作發(fā)酵制取氫氣和甲烷的原料。而根部產(chǎn)氫效果相

4、對較差，并且富集重金屬，不易作為發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)的原料。其中葉的聯(lián)產(chǎn)效果最好，為每克水葫蘆葉(TVS)產(chǎn)生51.7 ml H2和143.4 ml CH4，其能源轉(zhuǎn)化率為33.2％。在此基礎(chǔ)上，研究了堿/微波/酶預(yù)處理方法的效果，發(fā)現(xiàn)堿液浸泡24小時，然后在190℃微波消解10分鐘，最后用0.05 g酶/g干物質(zhì)酶解最佳。通過綜合預(yù)處理方法堿/微波/酶方案對水葫蘆糖化后，水葫蘆最佳聯(lián)產(chǎn)效果為每克揮發(fā)性固體產(chǎn)生63.9 ml H2和172.5 ml