电化学预处理玉米秸秆的研究

【摘要】：每年世界上产生的农作物秸秆的总量非常的巨大。这些农作物秸秆如果处理处置不当将会引起严重的环境问题。近几十年来，世界各国主要针对秸秆产能进行了大量研究，希望以此缓解化石能源危机，同时找到农作物秸秆的合理处理处置方法。但农作物秸秆中的木质纤维素结构不利于秸秆产能。所以在秸秆产能之前要有效地破坏木质纤维结构。目前主要采用稀酸预处理法和碱预处理法对农作物秸秆先进行预处理。农作物在进行酸预处理和碱预处理后须先对预处理的底物进行中和才能进一步发酵。 本研究采用电化学法对玉米秸秆进行预处理。本研究采用的电化学系统以Ti/IrO2-Pt板为阳极,Ti为阴极。通过对比NaCl、NaNO3和Na2CO3作为电解质条件下的玉米秸秆的产糖量和酶解效果遴选出最佳电解质为NaCl。利用田口方法理论设计混合正交表进行实验并进行分析确定出最优化的电解条件为电流密度30mA/cm2，NaCl添加量2000mg/l、电极间距10mm，电解时间为180min，其电解液中的还原糖浓度达到了0.610mg/ml。电化学预处理过程中，系统温度的升高和pH值的变化有助于玉米秸秆的预处理。对电化学预处理前后的玉米秸秆的形态学进行分析发现，玉米秸秆的木质纤维结构被有效的破坏，并且部分纤维素被降解，其结晶度从原来的0.4396降为0.3493。在电化学过程中间接氧化是主要的降解方式，主要的氧化剂为HOCl和Cl+。半纤维素比纤维素容易被氧化降解，半纤维素和纤维素转化成的还原糖进一步被降解生成二氧化碳。通过对比臭氧预处理，次氯酸钠预处理发现电化学预处理法具有高效性。 【关键词】：玉米秸秆 电化学预处理 高级氧化法 Ti/IrO2-Pt阳极 木质纤维素降解
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 农作物秸秆利用现状10-11
• 1.2 玉米秸秆中的木质纤维素11-12
• 1.2.1 纤维素11-12
• 1.2.2 半纤维素12
• 1.2.3 木质素12
• 1.3 秸秆预处理的方法12-20
• 1.3.1 玉米秸秆预处理的目标12-13
• 1.3.2 秸秆预处理方法的现状及存在的问题13-17
• 1.3.2.1 物理法13-14
• 1.3.2.2 化学法14-17
• 1.3.2.3 物理化学法17
• 1.3.2.4 生物法17
• 1.3.3 电化学氧化法17-20
• 1.3.3.1 直接氧化18-19
• 1.3.3.2 间接氧化19-20
• 1.4 研究目的、内容及创新点20-21
• 1.4.1 研究目的20
• 1.4.2 研究内容20-21
• 1.4.3 研究创新点21
• 1.5 技术路线21-23
• 第二章 不同电解质对预处理效果的影响23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料与方法23-26
• 2.2.1 实验装置23-24
• 2.2.2 实验材料24
• 2.2.3 实验方法24-25
• 2.2.4 还原糖浓度测定方法25-26
• 2.2.4.1 DNS 溶液的配制26
• 2.2.4.2 葡萄糖标准曲线的制定26
• 2.3 结果与讨论26-30
• 2.3.1 不同电解质条件下玉米秸秆的产糖量26-27
• 2.3.2 不同电解质条件氧化降解还原糖的研究27-28
• 2.3.3 不同电解质条件处理后的玉米秸秆的形态学表征28-29
• 2.3.4 不同电解质条件下处理后的玉米秸秆的酶解效果29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 电化学预处理条件的优化31-50
• 3.1 引言31
• 3.2 实验材料与方法31-35
• 3.2.1 实验装置31
• 3.2.2 实验材料31-32
• 3.2.3 实验方法32-34
• 3.2.4 还原糖浓度测定34-35
• 3.3 结果与讨论35-48
• 3.3.1 正交实验分析35-43
• 3.3.1.1 电流密度对电化学预处理的影响38-39
• 3.3.1.2 NaCl 添加量对电化学预处理的影响39
• 3.3.1.3 电极间距对电化学预处理的影响39-40
• 3.3.1.4 pH 值对电化学预处理的影响40-42
• 3.3.1.5 温度对电化学预处理的影响42-43
• 3.3.2 电化学预处理玉米秸秆前后的形态学表征43-45
• 3.3.3 电化学预处理玉米秸秆的机理45-48
• 3.3.3.1 电化学氧化方式45-47
• 3.3.3.2 电化学氧化木质纤维素及还原糖47-48
• 3.4 不同高级氧化法的对比48-49
• 3.5 小结49-50
• 第四章 结论与建议50-51
• 4.1 结论50
• 4.2 建议50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-59
• 个人简历59

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