生物纖維原料汽爆預處理技術與應用研究.pdf

1、生物質能具有資源豐富、可再生的優(yōu)點，可用來轉化固、液、氣三種清潔燃料。二十世紀九十年代初，國內外的學者以提高轉化效率為目標，開始對生物質的轉化機理和影響轉化因素進行研究。結果表明，如何消除或降低木質素對纖維素降解酶的阻礙作用是研究的難點和提高轉化率的關鍵。 生物質秸稈中的纖維素、半纖維素和木質素三者結構很復雜，要提高半纖維素和纖維素的轉化率，就必須對生物質秸稈進行預處理，破壞其物理結構，實現(xiàn)三者的有效分離。預處理的目的是分離、除

2、去生物質秸稈中的木質素，增加生物質秸稈的孔隙率和酶對纖維素的可及性，從而提高生物質秸稈中半纖維素和纖維素的轉化率。生物質秸稈的預處理方法可以分為物理預處理、化學預處理、物理化學預處理和生物預處理四大類。學者們對秸稈預處理已進行了許多研究，雖取得了一定的成果，但還沒有找到能夠應用于生產、低成本、高效率的方法，因此，找到提高生物質轉化利用率的預處理技術至今仍然是生物質高品位利用的技術關鍵，也是學者及企業(yè)家們苦苦追求的目標。 蒸汽爆破

3、技術是物理化學預處理方法中的一種，最初被應用于紙漿生產。到目前為止，還沒有通過爆破顯著提高纖維素轉化率的報道。近幾年來研究生物質爆破技術的逐漸多起來了，但認真分析其工藝參數(shù)和結果，其實際上為“汽噴”和“膨化”，因為真正的生物質爆破中生物質溢出時間一定要小于1秒，在這樣的速度下才會出現(xiàn)“爆”。目前的報道，解壓后生物質均在幾十秒到幾分鐘時間內才能被完全放出來，這就不屬于真正意義上的蒸汽爆破范疇了，用于秸稈預處理也無法取得好的效果。

4、本研究采用新的蒸汽爆破技術設備對秸稈進行了爆破預處理研究，這種爆破設備采用蒸汽彈射技術，可以在0.00875s時間內完成能量的高密度突然釋放，將秸稈推出高壓缸并完成秸稈的爆碎。經對爆破秸稈的沼氣發(fā)酵和纖維糖化等試驗，所獲得的相關數(shù)據(jù)均表現(xiàn)出了明顯的預處理效果。 本文較全面地反映了作者的研究工作，主要包括以下內容： (1)爆破預處理影響因素和爆破參數(shù)優(yōu)化研究。通過研究汽爆后秸稈結構(半纖維素、纖維素和木質素組分含量)和還原

5、糖得率兩個指標來衡量蒸汽爆破預處理中各因素對汽爆效果的影響。在不同的壓力、時間、含水率、物料填充密實度等參數(shù)組合條件下對生物質秸稈進行爆破試驗，對爆破生物質進行物理、化學及結構分析，找出了經過優(yōu)化的爆破預處理秸稈參數(shù)。作者首次嘗試了秸稈的二次汽爆試驗研究，結果表明，相對于一次汽爆來說，二次汽爆的預處理能力顯著提高。 (2)為了驗證爆破效果和使用價值，用玉米秸稈爆破物分別在常溫和中溫下進行了沼氣發(fā)酵試驗。試驗采用濕式發(fā)酵方法(總固

6、形物濃度為5％)。結果表明，每克干物質產氣量和沼氣中甲烷百分比含量兩個參數(shù)都較對比試驗有一定提高。試驗中也對汽爆后秸稈發(fā)酵醪液的pH值和COD值變化進行了觀測，發(fā)現(xiàn)COD的去除率較高。經汽爆后玉米秸稈發(fā)酵啟動和結束時間都較未經蒸汽爆破預處理的秸稈要早。 (3)用蒸汽爆破后玉米秸稈進行了糖化試驗。試驗結果表明，糖化率較對比試驗有較大程度提高。為了進一步提高汽爆的效果，進行了添加化學試劑HCl、NaOH、Na2SO4、氨水的玉米秸稈

7、的汽爆試驗。結果表明，添加HCl效果最好，但添加這些化學試劑對提高汽爆玉米秸稈糖化率作用不大。用汽爆后的玉米秸稈發(fā)酵制取燃料乙醇試驗中，在3.0Mpa壓力下，燃料乙醇的產率隨保壓時間增加呈下降的趨勢，而在低壓條件下，情況則相反。 (4)對秸稈爆破物的顯微組織進行了分析。SEM和TG分析表明汽爆后的玉米秸稈的結構破壞程度隨汽爆壓力和保留時間的增加而增加，雖然在高壓和短的保留時間的預處理條件下酶解糖化效果較好，但汽爆后的玉米秸稈的結