亚临界水预处理柳枝稷联产乙醇—甲烷清洁生产关键技术研究

【摘要】：目前,随着我国工业化进程的迅猛发展,废水排放总量日益增加,同时我国存在严重的水资源危机。在节能减排的大趋势下,废水的处理日益成为社会关注的焦点。要实现可持续发展,必须将原料、生产过程、综合利用和环境保护作为一个整体来考虑,清洁生产应运而生,清洁生产的思想和贯彻这一思想的技术创新是可持续发展的必由之路。本试验采用亚临界水预处理柳枝稷,水可溶部进行甲烷发酵,不可溶部进行乙醇发酵,然后将甲烷发酵后的清液回用进行亚临界水预处理过程,实现废水的循环利用。主要研究内容和结果如下:1.最优亚临界水预处理条件下,二十个循环批次所得残渣分析以及电镜扫描结果。在203℃、0 min的条件下,柳枝稷的残渣得率稳定在60%左右。残渣中的半纤维素减少;纤维素的含量变化不大,稳定在30%-35%之间;木质素含量减少。扫描电镜结果显示柳枝稷从原料到亚临界水处理、酶解、发酵后,柳枝稷的表面由光滑、整齐,开始变得粗糙,然后杂乱无章,最后到碎片,柳枝稷的微观结构逐步被破坏。2.最优亚临界水预处理条件下,二十个循环批次所得处理液的甲烷发酵。随着循环次数增加,甲烷产生的体积减少,最后趋于稳定,产甲烷体积大致维持在300 mL左右,同时pH逐渐降低。3.水可溶部分单糖组成分析,循环一、十、十一、十二还原糖分别为1179、783、1432、931 mg/1000 mL,甲烷发酵产生的甲烷分别为378、255、231、256 mL。亚临界水处理后残液中还原糖主要是木糖和葡萄糖,甲烷发酵后残液基本没有还原糖或者还原糖含量很少。4.最优亚临界水预处理条件下,所得残渣乙醇发酵的优化。对残渣进行不同时间的超声处理和乙醇浸泡,发酵后乙醇浓度最高可达4.3%。二十个循环所得残渣的乙醇发酵,乙醇浓度从循环一的3.18%到循环二十的1.66%。在酶解24 h后葡萄糖的浓度在4mg/mL左右,在24 h时把酵母菌接种到发酵液中,酵母菌菌落数为1.3×10~6-1.7×10~6,96h后发酵液还有少量的葡萄糖未被利用。 【关键词】：清洁生产 循环 乙醇 甲烷 发酵
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ929
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 文献综述11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 生物质能源产业概况12-13
• 1.2.1 国内产业概况12
• 1.2.2 国外产业概况12-13
• 1.3 柳枝稷13-14
• 1.3.1 柳枝稷的主要概况13-14
• 1.3.2 柳枝稷的主要成分及结构14
• 1.4 生物质预处理与乙醇发酵14-17
• 1.4.1 亚临界处理技术14-15
• 1.4.2 同时糖化发酵15-16
• 1.4.3 沼气（甲烷）发酵16-17
• 1.5 研究的目的、内容、意义和技术路线17-19
• 1.5.1 研究目的和意义17
• 1.5.2 研究内容17
• 1.5.3 技术路线17-19
• 第二章 最优亚临界水预处理条件下二十个循环批次所得残渣分析19-27
• 2.1 材料与方法19-20
• 2.1.1 材料19
• 2.1.2 方法19-20
• 2.2 结果与分析20-27
• 2.2.1 最优预处理条件下循环所得残渣得率分析20-22
• 2.2.2 残渣成分分析22-24
• 2.2.3 扫描电镜分析24-27
• 第三章 最优亚临界水预处理条件下二十个循环批次所得处理液的甲烷发酵27-35
• 3.1 材料和方法27-28
• 3.1.1 材料27
• 3.1.2 方法27-28
• 3.2 结果与分析28-35
• 3.2.1 甲烷标准曲线28-29
• 3.2.2 甲烷产量29-31
• 3.2.3 水可溶部分单糖组成分析31-35
• 第四章 最优亚临界水预处理条件下所得残渣乙醇发酵的优化35-46
• 4.1 材料和方法35-38
• 4.1.1 材料35
• 4.1.2 方法35-38
• 4.2 结果与分析38-46
• 4.2.1 乙醇发酵38-40
• 4.2.2 预处理条件的优化40-41
• 4.2.3 酵母菌菌落数41-42
• 4.2.4 乙醇浓度42-43
• 4.2.5 葡萄糖浓度43
• 4.2.6 乙醇浸出物43-44
• 4.2.7 最优条件下的监测44-46
• 第五章 二十个循环批次所得残渣的乙醇发酵46-48
• 5.1 材料和方法46
• 5.1.1 材料46
• 5.1.2 方法46
• 5.2 结果与分析46-48
• 第六章 结论48-50
• 6.1 研究结论48-49
• 6.2 本研究存在的问题49-50
• 参考文献50-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

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