玉米芯的預處理及其產氫工藝研究.pdf

1、目前，玉米在我國被廣泛種植，年產量高達數(shù)十億公斤，而玉米芯作為玉米的副產物，除少部分用做牲畜飼料，制糖，大部分都未得以充分利用即被廢棄掉，不僅占地如果焚燒還會造成環(huán)境污染和資源浪費。玉米芯雖然不能被食用，但有機質含量較高。因此具有較大的利用的潛力。目前國內外關于玉米芯的利用主要集中在制糖，生產糠醛等方面。雖然制氫技術被廣泛關注研究，但關于玉米芯制氫的研究并不多，更沒有實現(xiàn)工業(yè)化應用，大部分制氫技術都利用簡單的碳水化合物，如葡萄糖，淀粉等

2、等，采用玉米芯作為底物能大大降低產氫成本。纖維素具有致密的結晶結構和難水解的木質素包覆的外圍，導致纖維素難以被降解利用，這也對菌種提出更高的要求，而本課題組新篩選出的菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18，具有良好地降解纖維素的能力。因此，本課題研究利用此菌M18降解玉米芯產氫，考察其產氣情況和玉米芯的降解情況，從而為利用玉米芯產氫技術的大規(guī)模的工業(yè)化提供一些參考。本實驗主要分

3、為靜態(tài)試驗和運行半連續(xù)流反應器。
　　靜態(tài)試驗在100mL厭氧瓶中進行，研究首先對培養(yǎng)液初始pH，玉米芯粒徑，反應時間，M18接種量等對反應總氣體產量，氫氣產量，菌體蛋白，發(fā)酵液pH和揮發(fā)酸濃度的影響進行考察，確定M18最適產氫反應條件。
　　靜態(tài)試驗結果表明，M18適合的環(huán)境pH為7-8。減小玉米芯粒徑能夠促進其產氫反應的進行，當粒徑從4mm減小至0.25mm，總氣體產量，氫氣含量，均隨粒徑減小而增加，而0.25mm（60

4、目）之后繼續(xù)減小粒徑，促進效果并未明顯提升；72h之后反應基本完成，M18最佳接種量為7.5％。
　　為進一步提升玉米芯產氫效果，研究采用NaOH對玉米芯進行預處理，通過對比分析預處理對玉米芯成分和形態(tài)以及對其產氫效果的影響確定最優(yōu)預處理條件。未經預處理的總產氣量為30-50mmol/L，氫氣含量為15%-20%。而經過預處理的玉米芯產氣能達到60mmol/L，氫氣含量能達到25%。2%NaOH溶液，90 ℃水解120min為Na

5、OH預處理最佳條件。最佳預處理條件下水解后的玉米芯木質素由15.2%減少至9.8%，去除率為35.53%。半纖維素也有部分水解溶于NaOH中，由32.6%減少值27.2%，水解掉16.56%，而纖維素大部分被保留。
　　半連續(xù)流實驗反應器為2L，36h為一個周期換水，連續(xù)運行20個周期（30d），考察實際反應器的產氫情況和反應過程中纖維素，半纖維素，木質素的降解情況。通過30天的半連續(xù)流反應器運行，前四個周期比較穩(wěn)定，總氣體產量為

6、1000mL/7.5g-玉米芯-1300mL/7.5g-玉米芯，氫氣含量為20%-25%。產氣情況比靜態(tài)小瓶試驗略低。而從第五個周期開始，產氣量和氫氣含量會有所下降，由于代謝產物的積累和產生一些雜菌導致M18菌體活性下降。需要繼續(xù)接種M18維持反應進行。同時，為分析玉米芯成分降解情況設定72h運行，研究發(fā)現(xiàn)運行前48h半纖維素含量下降的比較快，纖維素含量下降的相對較慢，M18會先利用半纖維素作為其產氫的營養(yǎng)物質，運行72h后，纖維素降解