稀硝酸作用下玉米秸稈熱水解及水解液生物酸化的研究.pdf

1、將秸稈經(jīng)過預(yù)處理以工業(yè)規(guī)模制取沼氣，可以實(shí)現(xiàn)秸稈清潔高效的利用。然而，目前秸稈制沼氣過程中面臨預(yù)處理成本高、且預(yù)處理的催化劑大都會影響后續(xù)的厭氧發(fā)酵等關(guān)鍵難題。本研究就是從全工藝角度出發(fā)，探索對后續(xù)發(fā)酵無影響且低成本的預(yù)處理方法。重點(diǎn)解析了稀硝酸作用下玉米秸稈熱水解反應(yīng)的規(guī)律，并通過理論解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合比較了硫酸和硝酸對秸稈的水解效果，最后探討了稀酸作用下所得水解液的生物酸化特性，為實(shí)現(xiàn)秸稈規(guī)?；普託忾_辟了新的思路。
　　 研

2、究了玉米秸稈水解過程中氫離子濃度的變化，得出H+參與了水解反應(yīng)，且在玉米秸稈的水解過程中起決定作用。通過比較等氫離子摩爾濃度的硝酸和硫酸對玉米秸稈的水解效果，得出硝酸中的氫離子比硫酸中的氫離子更加活躍，斷裂糖苷鍵的能力更強(qiáng)，說明硝酸水解玉米秸稈更具有優(yōu)勢。研究硝酸作用下玉米秸稈熱水解的規(guī)律，結(jié)果表明增加硝酸濃度、反應(yīng)溫度和時間均對玉米秸稈的水解具有促進(jìn)作用，其中硝酸濃度的影響最為顯著。在本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，最佳的熱水解條件為反應(yīng)溫度150

3、℃，硝酸濃度0.6％，反應(yīng)時間2 min。所得水解液中葡萄糖得率為12.2％，木糖得率為96.9％，阿拉伯糖得率為98.5％，乙酸濃度為3.11g·L-1，糠醛濃度為0.43 g·L-1。
　　 通過對高溫條件下半纖維素的水解動力學(xué)的研究，得出在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，由Saeman模型計算得到的產(chǎn)物濃度與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。應(yīng)用阿倫尼烏斯公式對水解產(chǎn)物的反應(yīng)活化能進(jìn)行計算與比較，其大小次序?yàn)椋嚎啡?木糖>阿拉伯糖>乙酸。
　　 研究

4、了幾種水解液的生物酸化特性。結(jié)果表明，水解液的酸化速率比玉米秸稈的快。水解液的產(chǎn)酸量主要取決于水解液中單糖含量。在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，150℃，0.6％硝酸，2 min條件下得到的水解液產(chǎn)生的總揮發(fā)酸(VFAs)量最大，為2513.35 mgCOD·L-1。揮發(fā)酸分布與投加的物料有關(guān)，其中，玉米秸稈酸化發(fā)酵的末端產(chǎn)物以乙酸和丙酸為主，丙酸含量一直都較高。硝酸水解液酸化發(fā)酵的末端產(chǎn)物以乙酸為主，丙酸含量隨著酸化時間的延長而有所降低。硫酸水解液酸