混合酸(HCL-HNO3)作用下玉米秸稈低溫熱水解的研究.pdf

1、秸稈工業(yè)化制沼氣是有效利用玉米秸稈等生物質(zhì)資源，緩解能源危機，避免環(huán)境問題有效且現(xiàn)實的途徑。目前秸稈制沼氣過程中存在發(fā)酵效率低、成本高等難題，高效合理的預處理技術(shù)是解決這兩個難題的關鍵。本研究通過HCl、H2SO4及HNO3對玉米秸稈進行預處理，探索混合酸作用下玉米秸稈低溫熱水解反應的特征，并通過理論解析優(yōu)化工藝條件，尋求一種適用于秸稈工業(yè)化制沼氣過程中的新型預處理方法。
　　 通過三種酸HCl、H2SO4、HNO3單獨對玉米秸

2、稈低溫熱水解規(guī)律的研究，得到三種酸HCl、H2SO4、HNO3對玉米秸稈低溫熱水解的影響程度從高到低依次是：HNO3、H2SO4、HCl。120℃下，當酸濃度為1％，反應時間60 min時，HNO3、H2SO4、HCl對玉米秸稈纖維素的水解率分別為60.5％、60.0％、58.8％；其對半纖維素的水解率分別為83.6％、82.5％、74.2％。同時發(fā)現(xiàn)，120℃下鹽酸和硫酸單獨對玉米秸稈熱水解時，水解液中木糖和阿拉伯糖的含量均隨著酸濃度

3、和反應時間的增加而降低；而硝酸單獨對玉米秸稈熱水解時，水解液中木糖和阿拉伯糖含量均隨硝酸濃度的增加而增加，延長反應時間有利于水解液中木糖含量的增大，但卻導致阿拉伯糖含量的降低。
　　 通過實驗分析選用HCl與HNO3作為混合酸對玉米秸稈進行低溫熱水解，結(jié)果得出當酸質(zhì)量分數(shù)相同時，HCl與HNO3混合酸作用下玉米秸稈的熱水解效果明顯優(yōu)于單酸。當溫度120℃，總酸濃度為1％且HCl：HNO3為3:1，反應60 min時，半纖維素的水

4、解率為95.0％；而單獨1％濃度的HNO3半纖維素的水解率為83.6％；單獨1％濃度的HCl半纖維素的水解率為74.2％。通過對混合酸與單酸作用下玉米秸稈熱水解前后微觀形態(tài)及結(jié)晶度的分析，驗證了混合酸作用下的預處理方式要優(yōu)于單酸的作用方式。通過采用響應曲面法的理論分析，得出HCl與HNO3混合酸作用下玉米秸稈熱水解工藝的最佳條件：溫度120℃，HCl：HNO3比3.02，反應時間為92.1 min，木糖和阿拉伯糖產(chǎn)量分別為18.0 g/