秸秆预处理中木质纤维物质含量测定方法的研究进展

对国内外主要应用的木质纤维物质的测定方法进行了综述,归纳了各方法的特点与应用情况,并对生物质能源领域内木质纤维物质分析方法的发展方向进行了展望。     

不同预处理方法对木质活性炭性能的影响

分别采用物理法(纯水煮沸)、化学法(酸洗、碱洗)以及物理化学法(超声+盐酸)对活性炭进行预处理,并对比、评价不同预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响.通过碘吸附值测试吸附性能,确定各种方法中的最佳参数;根据比表面积及孔径(BET)分析吸附性能和孔参数,得到最佳预处理方法的条件;利用傅里叶红外光谱法(FTIR)对最佳条件预处理后的活性炭材料表面官能团进行表征.结果表明,物理化学法(超声+盐酸)预处理效果最佳,最佳预处理条件为:盐酸质量浓度5%,超声温度50℃.在此条件下预处理后,活性炭材料碘吸附值提高了13.7%,比表面积提高了25.4%,微孔体积增大26.28%,平均孔径变小,含氧官能团增加,总孔增大.表明活性炭预处理可以提高其吸附性能.     

不同黄贮预处理对水稻秸秆干法厌氧发酵特性的影响

针对长三角水源区高C/N水稻秸秆干法厌氧发酵产气效率低的问题,利用自制全自动不锈钢发酵罐装置,探索了不同黄贮预处理技术对厌氧发酵效率的影响,并从预处理前后物料结构变化与降解效果方面对秸秆产沼机理进行了初探。结果表明,在发酵物料C/N为50的条件下,8 mg·L~(-1)Ca(OH)_2的稀碱处理组和稀释20倍沼液的微生物处理组产气效果最佳,单位干物质产气量分别达407 L·kg~(-1)VS与397 L·kg~(-1)VS,总产气量分别是对照组的1.64倍和1.59倍,可以达到最佳C/N条件下的80%～115%,表明适宜的预处理方式可在一定程度上解决因氮源不足造成的产气效率低下问题。两种预处理方式均可使水稻秸秆表面蜡质层、颗粒物与丝状物分解,进而提高纤维素类物质降解效率。研究表明,稀碱预处理可缓冲发酵前期酸化对产气的抑制作用,沼液处理组可显著提高发酵初期沼气中的甲烷含量,但所需预处理时间相对较长,约为稀碱预处理的4倍,工程应用中可根据实际需求选择适合的预处理方式。     

NaOH预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

为提高青稞秸秆的综合利用率,采用NaOH对青稞秸秆进行预处理,研究不同水平NaOH和预处理时间对青稞秸秆厌氧发酵性能的影响,探讨NaOH在青稞秸秆厌氧发酵中应用的可行性。结果表明,与未经处理的青稞秸秆相比,NaOH预处理可以显著提高青稞秸秆产甲烷性能（P<0.05）,且产气速率快、发酵周期短。其中,5% NaOH处理12 h青稞秸秆的累积甲烷产量高于多数木质纤维素类废弃物,为250.03 mL·g^-1,是优良的发酵原料。NaOH预处理增加了青稞秸秆中纤维素含量（13.37%~39.31%）,并有效降解了木质素（12.89%~64.34%）和半纤维素（0.96%~30.30%）含量。表明NaOH预处理是提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷性能的有效方法。     

生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究

  目的  探究生物预处理对秸秆纤维及其与脲醛树脂制备的复合材料性能的影响,为秸秆基复合材料的制备及发展提供理论依据。  方法  接种微生物菌剂(秸秆腐熟剂)对水稻Oryza sativa秸秆进行好氧发酵处理,测定不同处理时间下水稻秸秆中半纤维素、纤维素、木质素等的变化,测试并对比未经生物改性处理秸秆纤维(S₀)、经生物改性处理5 (S₅)和10 d (S₁₀)秸秆纤维的结晶度和微观形貌,制备秸秆纤维/脲醛树脂复合材料,分别标记为F₀、F₅、F₁₀,比较不同生物预处理时间下秸秆基复合材料的表面性能和力学性能。  结果  改性处理后秸秆表面的硅和蜡等物质被去除,但较长的生物改性处理时间(10 d)会破坏秸秆纤维自身结构。相比于S₀和S₁₀,S₅的纤维素相对含量最高,为37.99%,结晶度也最好,为47.8%。3种秸秆基复合材料中F₅疏水性最好,表面能最低,冲击韧性最大(7 665.64 J·m?2);F₁₀抗弯性能更好,静曲强度和弹性模量分别为27.73和20 354 MPa,相比F₀分别提高了59.00%和50.17%。  结论  生物改性处理可以改善秸秆纤维的表面性质,提高秸秆纤维/脲醛树脂复合材料的性能,生物改性处理5 d的秸秆纤维更好,制备的复合材料性能更优良。图4表1参28     

稀硫酸预处理对杂交狼尾草木质纤维素化学组分和表征结构的影响

【目的】研究稀硫酸预处理下,酸浓度、固液比、处理时间及温度对杂交狼尾草木质纤维素降解效率的影响,分析稀硫酸对木质纤维素降解的作用机理,并筛选最佳预处理工艺。【方法】以杂交狼尾草为研究对象,以H2SO4浓度(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)、固液比(1﹕6、1﹕8、1﹕10、1﹕12、1﹕14)、时间(15、30、45、60、90 min)和温度(80、100、110、120、125℃)4个单因素进行试验,每个因素取5个水平,3次重复,分析单因素对固体分解率、纤维素降解率、半纤维素降解率、木质素脱除率及水解糖的影响。在单因素试验基础上,采用4因素2水平的L8(24)正交试验确定主要影响因素,并对最佳工艺条件预处理下的杂交狼尾草进行SEM分析和XRD分析。【结果】单因素试验结果表明,各因素下半纤维素降解率均高于木质素降解率。其中,硫酸浓度的增加使纤维素和半纤维素的降解率增加,木质素脱除率降低;由纤维素水解产生的葡萄糖产量也随着浓度的增加而增加,但木糖含量逐渐降低;低浓度的硫酸(0.5%—1.5%)促进杂交狼尾草固体物质降解消化,继续增加硫酸浓度(>1.5%)杂交狼尾...     

对甲苯磺酸耦合碱性过氧化氢预处理对不同木质纤维素生物转化的影响

【目的】研究对甲苯磺酸（p-toluenesulfonic acid,p-TsOH）耦合碱性过氧化氢（AHP）预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。【方法】以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理（质量分数70% p-TsOH水溶液于80 ℃处理20 min）以及p-TsOH耦合AHP两步处理（先用质量分数70% p-TsOH水溶液于80 ℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2% H₂O₂于50 ℃、120 r/min恒温振荡器中反应12 h）2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构（扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值）的影响,并研究纤维素酶添加量（5,10,15 FPU/g,以纤维素质量计算）及不同发酵工艺（同步糖化发酵、分步糖化发酵）对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。【结果】采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率（86.40%,84.21%和78.09%）。【结论】p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。     

不同木质纤维原料对PVC木塑复合材料力学性能的影响

选取6种不同木质纤维制备PVC木塑复合材料,分析木质纤维的基本形态参数及表面接触角,对比研究不同木质纤维制备木塑复合材料的综合力学性能。结果表明：木质纤维长度、长径比及接触角值均较高的材种较适合制备木塑复合材料;在6种不同木质纤维中,纤维长度、长径比和接触角分别为266mm、6535和9032°的杉木制备的木塑复合材料综合力学性能最佳,弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和抗冲击强度分别可达4563、3247、2914MPa和641kJ/m2。     

木质纤维板坯的热压特性

研究了热压温度、板坯含水率、板坯密度对周期式压机的闭合压力及板坯传热的影响,结果表明,板坯密度对快速闭合的周期式热压机的闭合压力有显著影响,而其他两因素影响较小.对板坯1/4厚度层温度达到100℃所需时间的最大影响因素是密度,其次是温度和含水率;而对1/2厚度层温度达到100℃所需时间的最大影响因素是热压温度,其次是含水率和密度.     

长期不同秸秆还田方式对褐土磷素组分的影响

为了提高我国北方旱作地区秸秆和磷素的利用效率,试验选用秸秆不还田、秸秆覆盖还田、秸秆直接还田、秸秆过腹还田4个处理,供试土壤取自各处理1992—2016年0～20,20～40 cm土层,分析秸秆还田方式对褐土磷素组分时空分异特征的影响。结果表明,随着不同秸秆还田试验的进行,不同形态磷素均表现为前期变化较小,后期变化幅度增加;空间上在表层富集,差异性较大;不同活性磷占总磷比例表现为活性磷有所增加、中活性磷较平稳、稳定性磷有所降低;长期秸秆还田下活性磷中无机磷所占比例大幅度增加,秸秆过腹还田处理效果最好。秸秆还田能够促进磷素向有效态转化,明显提高活性态磷中无机磷所占比例,提高磷素的利用效率,且秸秆过腹还田效果最显著,其是一种值得推荐的秸秆还田方式。     

沼液絮凝上清液预处理对甜高粱秸秆厌氧发酵特性的影响

研究沼液絮凝上清液预处理对甜高粱秸秆发酵产气特性的影响,结果表明,经过沼液絮凝上清液预处理后的甜高粱秸秆产气率与未絮凝沼液预处理的秸秆相当,高达418 mL/g TS,且在第3天达到产气峰值2 400 mL,产气周期为27 d。该研究结果可为大型沼气工程降低回流沼液固体含量提供一定的理论依据。     

玉米秸秆不同预处理方式对育苗钵制备的影响

针对制钵浆液粘度低和吸附时间等参数不确定问题,以不同预处理玉米秸秆为原料提出负压吸附工艺制备育苗钵方法。探究四种预处理原料表观粘度与制钵可行性。结果表明,纯玉米秸秆浆液表观粘度最低,加入猪粪可提高原玉米秸秆浆液粘度;碱处理玉米秸秆浆液粘度最高,混入纯秸秆可降低浆液粘度,提高浆液均匀性;纯玉米秸秆浆液和混入猪粪玉米秸秆浆液可使育苗钵湿坯均匀度达80%,成型率100%,但无法脱模;碱处理秸秆浆液及混入纯秸秆后秸秆浆液均可成型,TS 1%~4%,吸附时间5~45 s,TS增大,吸附时间减小。该研究为制钵浆液制备、参数确定奠定理论基础。     

糖化处理对玉米秸秆干物质、纤维组分瘤胃降解影响

利用３头瘤胃瘘管牛进行瘤胃培养试验,研究了糖化发酵处理玉米秸秆在瘤胃内的降解动态。结果表明：经糖化发酵处理的玉米秸秆粗蛋白含量增加,在瘤胃中,干物质、纤维降解速度加快,有效降解率增大。     

木质纤维原料预处理技术的进展与展望

生物质燃料乙醇是可转化的、目前世界上使用规模最大的可再生资源,而木质纤维原料是燃料乙醇的主要来源,木质纤维原料的预处理工艺,是得到生物质生产乙醇的重要工艺,目前主要有物理法、化学法、物理——化学法和生物法等预处理工艺,其中大部分可广泛应用于农业、能源、林业、生物等领域,是前景广阔的生物质预处理技术。本文从开发新能源的大环境出发,介绍了各种预处理对底物的影响、利弊,并指出预处理技术的研究方向。     

醋酸预处理对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵特性的影响

为了探究醋酸预处理提高厌氧发酵产气量的原因,研究用醋酸预处理水稻秸秆,之后将预处理后的水稻与牛粪混合进行厌氧发酵,测定发酵初始环境和发酵过程中纤维素酶活力、还原性糖含量、VFA 含量、pH 及日产气量,并且对其发酵过程中的稳定性系数进行分析。结果表明,水稻秸秆在 4%的醋酸浓度下预处理 4 d 处理组的总沼气产量最高为 11 605 mL,且显著高于未经预处理总沼气量 6 450 mL（P<0.01）,且该处理的日产气量的峰值提高和出现的时间提前;厌氧发酵的初始环境、过程环境、环境稳定性以及他们之间的相互作用关系受醋酸预处理影响;醋酸预处理提高总沼气产量的主要原因是,醋酸预处理使厌氧发酵初始环境和过程环境更加协调,使发酵系统更加稳定。研究表明,醋酸预处理能够显著提高沼气产量,为醋酸预处理技术提供一定的参考。     

不同预处理方法对水稻秸秆水解与产沼气的影响

秸秆厌氧发酵产沼气技术已成为秸秆处理与利用的重要技术途径之一.比较与分析了化学碱与接种微生物预处理对水稻秸秆水解进程的影响,以及生物水解预处理结合添加表面活性剂对水稻秸秆原料产气率的影响.结果表明:化学碱与生物预处理均可有效提高水稻秸秆的水解速率,就25d水解累积SCOD产生量而言,化学与生物预处理较对照分别提高了92.7％、46.7％,生物水解预处理结合添加表面活性剂Tween - 80,可以加快水稻秸秆的产沼气速率,同时提高了水稻秸秆的原料产气率与产气质量.     

土壤预处理对土壤氮素组分的影响

运用室内模拟培养的方法研究了土壤预处理过程对土壤氮素组分的影响。结果表明：随着处理温度的升高,土壤铵态氮的数量有所增加;而对土壤硝态氮的数量影响不大;土壤可溶性有机态氮的数量有增加的趋势,其中１０５℃处理后的土壤可溶性有机态氮的数量明显高于鲜土、风干土和４０℃处理的土样,１０５℃处理后的土壤可溶性有机态氮除了大部分来来土壤微生物态氮的降解产物之外,尚有一部分是靠高温将土壤本身大分子含氮化合物分解而产生的。     

预处理对作物秸秆纤维素降解的影响

在纤维素降解过程中,通过化学的方法对纤维素原料进行预处理,从而找出酸、碱法相结合的最佳条件,以增强原料预处理的效果。试验结果表明,预处理的最佳条件是：酸法105～110℃,酸浓度1%,水解反应时间4 h;碱法25℃,碱浓度2%,水解反应时间48 h。     

不同配比污泥对玉米秸秆产气特性的影响

[目的]研究玉米秸秆不同接种物浓度下的产气特性,为秸秆在大规模沼气工程中的应用提供参考.[方法]以玉米秸秆为发酵原料,接种不同比例的厌氧污泥,采用批量发酵工艺,在38℃左右条件下进行厌氧发酵.[结果]经过50d的发酵后,秸秆中大部分物质可以得到分解.当厌氧污泥和秸秆比例为10∶3(两者TS比0.57、VS比0.46)、总TS浓度为10.16%时,秸秆产气效果最佳,TS产气率为370 mL/g,沼气中甲烷含量为56.04%.[结论]玉米秸秆发酵过程中,随接种污泥比例加大,秸秆的产气量和产气率逐渐升高,但接种量达到一定比例时,原料产气量和产气率升高不再明显.     

秸秆预处理对纤维素酶水解效果的影响

采用高温高压、稀酸、稀碱和液氨4种方法对玉米秸秆进行预处理,提高了纤维素酶对秸秆纤维的可及度.结果表明,稀碱预处理的效果较好,通过正交试验,确定了稀碱预处理的最适条件为1%NaOH、15℃、固液比1∶20条件下预处理72 h,秸秆纤维素的酶解率达到73.5%,半纤维素损失率为33.1%.