玉米秸秆发酵生产乙醇的研究

以1.5%硫酸120℃处理60min、又被1%氢氧化钠80℃处理60min的玉米秸秆为底物。正交优化了利用其糖化液发酵产乙醇的条件,在温度34℃、酵母接种量4%(体积分数)、玉米浆加量0.4%(体积分数)的发酵条件下反应48h产生乙醇40.2g/L,纤维素乙醇转化率为86%。     

常见离子对玉米秸秆为牺牲剂的光催化制氢影响

以玉米秸秆为牺牲剂、Pt/TiO₂为催化剂,研究玉米秸秆不同部位、不同组分以及液相环境的pH、常见阴阳离子的加入对光催化制氢的影响。利用XRD、TGA和UV-vis DRS表征玉米秸秆的组分和光吸收特性。结果表明,在pH=5~7时制氢量适中、pH<5和pH=8~10时制氢受到抑制、pH>10时制氢得到提升;强酸阴离子、强碱金属离子对该体系制氢无影响;\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}和\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}对制氢有不同程度的促进作用;Fe³⁺、Cu²⁺和Zn²⁺因其氧化性强弱顺序和弱电离性对制氢有不同程度的抑制作用。综合上述实验结果分析了不同离子对制氢影响规律和作用机理。     

鸡粪与玉米秸秆混合厌氧干发酵研究

鸡粪中添加一定量的秸秆可以有效解决发酵过程中由于挥发性脂肪酸大量积累,从而导致厌氧消化反应不正常的问题。本次实验意通过研究鸡粪和秸秆不同配比下在干发酵过程中常规参数的变化,计算其产甲烷效率,研究发酵消化系统的理化参数、产气特性等变化情况。研究结果表明：在鸡粪的发酵过程中添加少量秸秆有助于调节C/N,调节微生物的营养结构以及防止氨抑制现象的产生,提高产气效率,10%秸秆添加量为最佳配比。在整个厌氧消化过程中,COD及氨氮浓度未对微生物的生长产生抑制作用,VFAs浓度的变化趋势为先上升后趋于稳定。     

汽爆玉米秸秆脱毒及发酵丁醇工艺的实验研究

研究了不同脱毒方法对汽爆玉米秸秆发酵产丁醇的影响及发酵工艺。实验共考查了十种不同的脱毒工艺路线,结果表明:汽爆玉米秸秆经水洗预处理脱毒后,经酶解、离心去除沉淀物,并补加营养物质是一条较佳的工艺路线。在此基础上,进一步利用单因素实验和正交实验,考察了发酵温度、pH值、接种量、菌种种龄、培养基组成、发酵时间对丁醇发酵的影响,得到较优的丁醇发酵工艺条件为,发酵温度37℃,pH7.0,接种量7%,菌种种龄27h,培养基组成:酵母抽提物1.0g·L-1、KH2PO40.8g·L-1、MgSO4·7H2O 0.1g·L-1、(NH4)2SO42.0 g·L-1、FeSO4.7H2O 0.03g·L-1、尿素2.0g·L-1,发酵时间48 h。在此优化条件下,发酵液中起始糖浓度为50g·L-1时,丁醇的发酵浓度达到了9.42g·L-1。     

氧气辅助湿热预处理对玉米秸秆酒精发酵的影响

为了解氧气（O₂）在玉米秸秆湿热预处理中的作用,优化玉米秸秆酒精生产工艺,本文采用三种不同湿热预处理条件处理玉米秸秆,即条件1（195℃,15min）、条件2（195℃,15min,12bar O₂）和条件3（195℃,15min,12bar O₂,2g/L Na₂CO₃）,并利用酿酒酵母对预处理后的玉米秸秆同步糖化发酵酒精工艺（SSF）进行了研究。实验结果表明：经过预处理,玉米秸秆分为固体滤饼与水解液两部分,其中绝大部分纤维素以固体形式保留在滤饼中,而半纤维素和木质素由于不稳定则发生了部分水解或降解。三种预处理条件下纤维素总体收率分别为91.2%、94.6%和95.9%,半纤维素总体收率分别为74.5%、50.3%和68.2%,固体滤饼中木质素质量分数分别为25.2%、17.5%和13.7%,纤维素酶解葡萄糖率分别为64.8%、65.8%和67.6%。表明氧气对纤维素收率影响不大,能够促进半纤维素的溶出。氧气主要与木质素发生反应,尤其与碱性物质碳酸钠（Na₂CO₃）结合,能够促进木质素降解,从而获得了较高的纤维素收率和纤维素酶解葡萄糖率。因此在底物质量分数8%,经过酿酒酵母142h发酵,经条件3处理的玉米秸秆获得的酒精浓度最高,最终酒精浓度达到25.0g/L,并且整个发酵过程没有明显的抑制作用产生。     

玉米秸秆厌氧发酵制氢的实验研究

在小试和批试实验结果的基础上,以牛粪堆肥作为菌种来源,玉米秸秆作为发酵底物,进行了30 L规模的放大实验研究。主要考察了菌种接种龄对产氢效果的影响、最佳初始有机负荷、反应过程中菌种的生长曲线及底物的代谢特征,并有液相末端发酵产物确定发酵类型。结果表明：在实验条件下,菌种的最佳接种龄为18 h,最佳初始启动负荷为8 105 mg/L,秸秆的最大产氢能力可达到220 mL/g,COD的去除率可达到57%,稳定期细胞浓度维持在3.8 g/L左右,发酵类型为乙醇型发酵。     

玉米秸秆发酵制备燃料乙醇生产工艺的思考

玉米秸秆属于再生资源的一种,并且具有原材料廉价和资源数量丰富的特点,主要由纤维素和木质素构成,秸秆在经过一定加工工艺后,如预处理、水解处理、发酵处理会分解产生乙醇,这种乙醇极其适合应用在工业燃料制作中。为此,本文分析了玉米秸秆的成分,以及其预处理、水解、发酵等相关加工工艺,旨在为玉米秸秆制备燃料乙醇提供技术参考。     

TiO2/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料对光催化分解水制氢性能的影响

以玉米秸秆为原料,通过热熔法制备出TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合光催化剂。利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS、UV等方法对TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球进行表征。结果表明,TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料具有更高的光催化性能和光稳定性。在可见光照射、TiO₂/Pt与玉米秸秆碳微球质量比为1∶0.3时,光催化分解水制氢效率最高,达到1 120μmol/(h·g),是TiO₂/Pt制氢量的56倍。修饰在TiO₂上的玉米秸秆碳微球具有良好的导电性,可促进TiO₂光生电子的转移。同时,碳微球的加入增大了复合光催化剂的比表面积,提高了光催化制氢效率,为新型生物质光催化体系提供新思路。     

预处理方法对玉米秸秆发酵产氢的影响及其机理分析

研究了不同预处理方法对玉米秸秆发酵产氢气的影响和秸秆降解产氢的机理。实验分别采用酸解(AP)、酸解耦合固态酶解(AEP)、高温蒸煮(HP)和高温蒸煮耦合固态酶解(HEP)的玉米秸秆进行发酵产氢,分析预处理后秸秆累积产氢量与可溶性糖含量的关系。在此基础上,通过秸秆化学组成成分分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X-射线衍射分析,探讨了秸秆降解的机理。结果表明,秸秆的累积产氢量与可溶性糖含量基本正相关,秸秆糖化效率是影响秸秆累积产氢量的主要因素。四种预处理方法主要作用于秸秆半纤维素和纤维素的无定型区,预处理过程皆在不同程度上提高了秸秆的结晶度,并在极大程度上提高了玉米秸秆的累积产氢量。其中AEP方法预处理秸秆效果最好,累积产氢量达到了226.1 m L·(g·TS)-1。     

影响水煤浆制氢能耗主要因素分析

水煤浆制氢能耗是水煤浆生产装置一项重要的技术经济指标。结合实际生产情况,对影响水煤浆制氢能耗的主要因素进行分析。     

金属纳米颗粒辅助木质纤维素暗发酵生物制氢的研究进展

通过文献计量学分析表明暗发酵制氢是目前研究最热门的生物制氢方法,Fe、Ni、Co、Ag等金属纳米颗粒作为该领域研究热点可改善暗发酵制氢存在底物转化率与产氢效率均有待提高的难题。介绍了金属纳米颗粒的特点、生物相容性及其与酶、微生物细胞的作用机理,进一步从促进木质纤维素水解影响产氢、对水解酶的固定化影响产氢、提高氢化酶活性影响产氢、调控发酵微生物细胞代谢和促进细胞电子传递影响产氢、改善微生物群落结构影响多菌群协同产氢等几个方面对典型金属纳米颗粒辅助木质纤维素暗发酵产氢的研究现状进行综述,并对金属纳米颗粒应用于暗发酵产氢存在的难点及前景方向进行了展望。     

玉米秸秆产生物燃气及其微生物群落解析

为研究玉米秸秆产沼气及其发酵过程中微生物群落变化,以预处理后的玉米秸秆为原料,采用10 L厌氧反应器进行批式中温发酵产沼气。同时取样利用454焦磷酸测序法测定发酵过程中微生物群落的变化。结果表明：该系统启动迅速,在第3 d就达到产气高峰7.78 L,料容产气率为0.97 L·L^-1·d^-1,46 d原料沼气产率和甲烷产率分别为236.84 ml·（g VS）^-1和132.23 ml·（g VS）^-1。454焦磷酸测序及分析表明系统中古菌主要为甲烷微菌纲（Methanomicrobia,占总OTU的89.63%）,其次为热原体纲（Thermoplasmata,8.51%）古菌。发酵系统中共有22～29个细菌门,其中优势菌群为拟杆菌门（Bacteroidetes,平均含量46.07%）、变形菌门（Proteobacteria,平均含量20.51%）和厚壁菌门（Firmicutes,平均含量13.09%）。玉米秸秆沼气系统微生物群落结构的阐明可为秸秆沼气工程调控提供科学数据。     

中空纤维膜反应器内合成气发酵制氢的研究

研究了在中空纤维膜生物反应器(MBR)内利用合成气中的CO作为碳源连续发酵制氢的性能。厌氧发酵菌C.hydrogenoformans应用于生物催化合成气发酵制氢反应中,可把CO和H2O直接转化为CO2和H2。在MBR内连续厌氧发酵,分别考察了不同CO进料载荷和液相循环量对反应器产氢性能的影响。实验结果表明,在CO进料载荷为0.22 mol/d、液相循环量为1 500 mL/min时,分别得到最大的CO转化率97.6%和产氢速率0.46 mol/d,产氢得率保持在90%以上,同时计算得到膜生物反应器中的气液传质系数为1.72 h-1。     

A review on fermentative hydrogen production from dairy industry wastewater

Hydrogen (H₂) is one of the most promising alternative fuel sources for satisfying future energy demand, and fermentative hydrogen production is advantageous over other processes. In recent decades, considerable research has been conducted on H₂ production from carbohydrate‐rich materials since it is a cost‐effective approach and has the ability to generate intensive renewable energy from organic wastes. Dairy wastewater is a high volume industrial wastewater and with its immense carbohydrate content is an attractive candidate for sustainable fermentative H₂ production. The present paper provides comprehensive evaluation of recent reports on fermentative H₂ production from dairy wastewater. Important effective parameters and current bioreactor technologies for H₂ production from dairy wastewater are discussed. © 2014 Society of Chemical Industry     

Economic feasibility of a pilot-scale fermentative succinic acid production from bakery wastes

In this paper, the techno-economic study for a pilot-scale production of succinic acid from food waste via fermentation was evaluated. The pilot plant was based in Hong Kong and designed for converting 1 tonne/day of bakery waste into succinic acid. The mass and energy balance of the process was simulated by computer package SuperPro Designer^®. The total capital investment for the plant and the total production cost were US$ 1,118,243 and US$ 230,750/year respectively. Overall revenue generated from the process was US$ 374,041/year. The return on investment, payback period and internal rate of return of the project were 12.8%, 7.2 years and 15.3% respectively. The findings indicated that the fermentative succinic acid production from bakery waste was feasible. This is important for attracting investment and industrialization interest on the biorefinery process using domestic wastes as raw materials.     

Improvement of fermentative production of exopolysaccharides from Aureobasidium pullulans under various conditions

The optimization of exopolysaccharide (EPS) production was investigated in the polymorphic fungal strain of Aureobasidium pullulans (KCTC 6081) with varying pH, nutrients concentration, and mixing parameters in batch fermentation condition. The maximum production of EPS (～7.5 g/L) was observed at pH 4, while optimum nutrient concentration of carbon (sucrose), nitrogen (NaNO₃), phosphorous (K₂HPO₄), and ascorbic acid was 50 g/L, 5 g/L, 1 g/L and 2 g/L, respectively. Interestingly, EPS productivity under non pH controlled fermentation conditions was 0.12 g/L/h with 400 rpm mixing, while under a controlled pH of 4, the EPS productivity was 0.21 g/L/h with 600 rpm, respectively. The fed-batch fermentation increased the EPS productivity up to 0.345 g/L/h with changing mixing conditions from 200 to 600 rpm and reached 47 g/L with 88% pullulan. Thus, pH and mixing were the key parameters for enhancing EPS production from A. pullulans. It is expected that these optimized parameters can be well used for enhanced industrial production of pullulan.     

玉米秸秆发酵残渣中木质素的分离与性质研究

采用2种方法从玉米秸杆发酵制备乙醇的残渣中得到酶解木质素,酶解木质素的得率为25%～35%.研究了酶解木质素的性质,其可溶解于1,4-丁二醇、苯酚和碱性水溶液,但不溶于水,红外光谱与磨木木质素的相似,具有较高的化学活性,能够直接与醛、环氧氯丙烷或异氰酸酯等反应,形成酶解木质素的改性衍生物.     

玉米芯糖化水解及发酵法生物产氢

通过正交实验研究了硫酸水解预处理对玉米芯糖化效率及发酵产氢的影响,优化了相应的工艺参数,结果表明：玉米芯的最佳糖化效率和发酵产氢出现在水解温度115℃ ,硫酸浓度1.0%,水解时间1.5 h和固液比(M/V)l:10,在该条件下,玉米芯糖化效率为0.5433g·（g TVS）^-1,酸解残渣的氢产氢达 85. ml H₂·(g TVS)^-1。此外,通过X射线粉末衍射分析和结晶度计算探讨了酸解预处理和氢发酵对玉米芯的作用机理。     

Structure and properties of high quality natural cellulose fibers from cornstalks

We have developed a fiber extraction method that produces fibers from cornstalks with mechanical properties similar to that of the common textile fibers. The fiber extraction method developed results in partial delignification and produces fibers from cornstalks that are suitable for textile and other industrial applications. The structure of the fibers obtained was investigated using X-ray diffraction and scanning electron microscope. The structure and composition of the natural cellulose fibers obtained from cornstalks are different than that of the common bast fibers such as flax and kenaf. Tensile properties of the fibers were studied using an Instron tensile tester. This study found that cornstalk fibers have relatively lower percent crystallinity but similar microfibrillar angle as that of the common bast fibers. The structure and properties of cornstalk fibers indicate that the fibers are suitable for producing various textile products.