三球懸鈴木落葉生物質(zhì)制氫工藝試驗研究.pdf

1、本論文是在國家自然科學(xué)基金項目―生物質(zhì)多相流光合產(chǎn)氫過程調(diào)控機(jī)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(guān)注。目前針對生物質(zhì)的利用成為研究熱點，在不同種類生物質(zhì)資源被利用的情況下，落葉是還沒有被完全利用的生物質(zhì)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(chǎn)氫特性進(jìn)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(chǎn)糖量、降

2、低酶解成本的基礎(chǔ)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(jìn)行預(yù)處理的工藝上，利用正交實驗優(yōu)化了稀硫酸預(yù)處理工藝。再次研究不同酸堿的預(yù)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(chǎn)氫過程進(jìn)行回歸分析，驗證了以落葉為原料進(jìn)行光合生物制氫的可行性和預(yù)處理的必要性。最后以單位產(chǎn)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(chǎn)氫的影響，利用Plackett-Burman實驗對以上五

3、個因素進(jìn)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(yīng)面法對其進(jìn)行優(yōu)化實驗，對實驗結(jié)果進(jìn)行直觀分析與方差分析，以獲取最佳產(chǎn)氫工藝條件。
　　實驗結(jié)果表明，
　　（1）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(zhì)素含量分別為32.51％、19.65%和30.13%，這和農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)相比差別小于10%，說明三球懸鈴木落葉可以作為產(chǎn)氫原料。
　?。?）高效酶解預(yù)處理不僅能提高產(chǎn)氫

4、效率、也能降低產(chǎn)氫成本，通過對酶解時間、酶負(fù)荷和底物濃度單因素分析，得出最佳酶解條件：酶負(fù)荷為150mg/g落葉、酶解反應(yīng)時間為9h、底物濃度為250mg/mL。
　　（3）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(chǎn)氫影響比較顯著，利用響應(yīng)面對這三個因素進(jìn)行優(yōu)化實驗，并對實驗結(jié)果進(jìn)行方差分析得出同步糖化產(chǎn)氫的最佳工藝：pH為6.30、溫度為35.71℃、接種量為26.63%、產(chǎn)

5、氫量為58.65mL/g，實驗結(jié)果和方程擬合預(yù)測值(59.17mL/g)基本吻合。
　?。?）在以落葉為原料進(jìn)行光合生物產(chǎn)氫過程中，產(chǎn)氫發(fā)酵液里的小分子酸隨著產(chǎn)氫的進(jìn)行也在不斷地變化，在產(chǎn)氫底物為5g的情況下，光合產(chǎn)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(chǎn)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