论文部分内容阅读
随着煤、石油和天然气等化石能源的危机，人们逐渐把目光转向生物质能源，其中甲烷就是一种新型的、洁净的生物质能源，我国又是一个农业大国，因此利用农作秸秆制备甲烷就显得势在必行。针对秸秆厌氧发酵产生甲烷的工艺，本文从以下几个方面做了研究：1.不同碱预处理对玉米秸秆厌氧发酵系统的影响。实验时选用NaOH、KOH和CO(NH3)三种碱作为玉米秸秆的预处理剂，在不同预处理用量和不同有机负荷率下进行实验研究，分析比较了它们对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷能力的影响，发现NaOH对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷能力的影响最大，因此确定NaOH作为玉米秸秆的预处理剂。2.预处理剂NaOH的优化实验。实验时从预处理剂用量、预处理温度和预处理时间三方面对NaOH预处理玉米秸秆进行优化实验，研究结果为：（1）预处理剂用量：与未经NaOH预处理的玉米秸秆相比，预处理过的玉米秸秆在日产气量、累积产气量、甲烷含量方面都有较大提高，综合比较各方面因素，确定2﹪NaOH用量为适宜预处理剂用量。（2）预处理温度：预处理温度为10℃和30℃情况下，玉米秸秆厌氧发酵产气效果较好，且这两者之间并无明显差别，但温度为10℃时，玉米秸秆厌氧发酵的消化效率更高，因此确定温度10℃为适宜的预处理温度。（3）预处理时间：综合比较了预处理3天和6天的玉米秸秆在各方面都无明显差别，但添加的NaOH在3天后基本被消耗完，因此确定3天为适宜预处理时间。因此预处理剂NaOH的优化参数为2﹪的用量、温度为10℃、预处理时间为3天、有机负荷率为65g·L-1。3. NaOH预处理玉米秸秆的机理研究。实验时采用扫描电镜和傅里叶红外光谱分析手段，从秸秆的微观物理结构、化学结构和化学成分三方面对2%NaOH预处理过的玉米秸秆进行研究，探讨其内在机理，发现：（1）预处理后的玉米秸秆，我们用扫描电镜观察可知，2%NaOH预处理过的玉米秸秆，表面变得粗糙，结构被破坏明显，并且细密的结构变的疏松，出现了分层、脱落现象。（2）预处理后的玉米秸秆，其化学结构明显发生了变化，木质素-碳水化合物结合而成的复合物中连接键被破坏并且断裂，是纤维素和半纤维素在包裹中被释放出来，提高了纤维素接触厌氧发酵菌的机会，是玉米秸秆厌氧发酵产气率提高的基本原因。（3）预处理后的玉米秸秆，其纤维素、半纤维素和木质素的含量有了很大的变化，纤维素含量由原来的30.5%变为25.4%，半纤维素含量由原来28.2%变为21.7%，木质素含量由原来12.5变为10.5%，总含量由原来71.2%变为57.6%，降低幅度分别为20.08%、29.95%、19.05%、23.61%。经过NaOH预处理的玉米秸秆，物理结构、化学结构和化学成分这三个方面所发生的上述变化，对玉米秸秆厌氧发酵产气率的提高起到了决定性作用，也是NaOH预处理玉米秸秆的内在机理。本文对玉米秸秆产甲烷工艺的研究，对秸秆的综合利用、减少秸秆对环境的污染和新能源的开发具有重要的意义，结合当代中国的国情，在我国推广玉米秸秆制备甲烷的工艺具有十分光明的前景。