论文部分内容阅读
面对当今世界对可再生能源日益增长的需求，氢气作为一种环保、高能可再生能源，可保障未来的能源安全。木质纤维素生物质可转化并产生能源和化学品，替代化石燃料满足能源需求，同时减少二氧化碳的大气排放，是一类环境友好型的可再生资源。本论文主要关注甜高粱秸秆的厌氧生物发酵产氢气和挥发性脂肪酸。由于在微生物发酵过程中，甜高粱秸秆所含的纤维素和半纤维等结构性多糖难以被有效利用，如何提高结构性多糖的利用度和发酵产物的产量，成为本论文研究重点。 共培养Clostridium thermocellum和Clostridium thermosaccharolyticum发酵甜高粱秸秆，当底物浓度为5g/L，接种C.thermocellum培养24h之后，以1∶1比例接种C.thermosaccharolyticum可以获得最大的氢气和挥发性脂肪酸产量，氢气产量为5.1mmol/g-substrate，乙酸为1.27g/L，丁酸为1.05g/L。相比于单菌培养氢气、乙酸和丁酸的产量分别提高了55％、9％、10％。 通过C.thermosaccharolyticum两步发酵结合稀酸处理第一步发酵残渣的新工艺，进一步提高了氢气和挥发性脂肪酸的产量。当底物浓度为10g/L，在120℃条件下，采用1.5％的硫酸处理第一步发酵残渣可获得最大的氢气和挥发性脂肪酸产量，总氢气、乙酸和丁酸的最高产量分别为5.77mmol/g-substrate，2.17g/L和2.07g/L。相比一步发酵法提高了76％的氢气产量，84％的乙酸产量和113％的丁酸产量。 通过C.thermosaccharolyticum两步发酵结合碱和酶处理第一步发酵残渣的工艺，最大限度的提高了甜高粱秸秆共产氢气和挥发性脂肪酸量。当底物浓度为10g/L，在120℃条件下，采用2％的NaOH处理第一步发酵残渣1h，同时结合32FPU/g-substrate的纤维素酶消化，可获得最大的氢气和挥发性脂肪酸产量。氢气、乙酸和丁酸的最高产量分别为6.37mmol/g-substrate，2.33g/L和2.36g/L，分别比一步发酵法提高了95％的氢气产量，97％的乙酸产量和143％的丁酸产量。 通过微生物共培养发酵结合酸、碱和酶法处理木质纤维素发酵产物，进行氢气和有机酸的共生产，可获得更多和更高的氢气产量和有机酸产量，为甜高粱的生物炼制提供了一条有前景的路径。