预处理方法对玉米秸秆制氢影响研究.pptVIP

预处理方法对玉米秸秆制氢影响研究 选题背景 随着社会经济的发展，能源的需求量越来越大。人类正面临着能源短缺和环境恶化的双重危机。如何解决这些问题，是全人类共同面临的严峻挑战。因此发展清洁可再生新能源己迫在眉睫。在众多新能源中，氢能具有燃烧值高、利用方便、无毒害以及燃烧时不污染环境等优点。受到了人们的广泛关注，被视为21世纪最具发展潜力的能源。因此急需寻找一种廉价、环保的制氢方法。 传统制氢方法 传统制氢方法主要是催化重整法和电解水法等。 催化重整法是以化石燃料作原料来制取氢气，这种方法不但能耗高，而且以化石能源为原料。 电解水法是最常用的制氢工艺之一，但也存在能耗高、效率低、竞争力差、无法大规模生产的问题，因此其应用受到一定的限制。 生物制氢的优越性 (1)所使用的原料主要是农作物秸秆和生活垃圾，因此不仅原料丰富廉价而且避免了环境污染，集环境效益、社会效益和经济效益于一体； (2)反应条件温和，操作费用低廉; (3)产氢所转化的能量来源于太阳能，取之不尽，用之不竭。 玉米秸秆资源概况 生物质资源是世界上最丰富、廉价的可再生资源，其中农作物秸秆是生物质资源的重要组成部分，约占我国生物质资源的一半。我国秸秆资源十分丰富，据统计我国年产农作物秸秆8亿吨左右，占全世界秸秆总量的30%，相当于4.5亿t标准煤。从表可知，玉米秸杆、稻草和小麦秸秆是我国主要的三大农作物秸秆，其中玉米秸秆约占我国秸秆总量的37.4%。但是巨大的资源并未得到充分有效的利用。 中国主要农作物秸秆资源量 我国农作物秸秆的主要用途 玉米秸秆的性质 农作物秸秆预处理 农作物秸秆在结构中含有生物化学上十分稳定的各种复杂结合形式，难于被一般微生物分解。在秸秆厌氧发酵产氢过程中，厌氧微生物对木质纤维素的降解消化能力弱，使农作物秸秆的厌氧消化时间长、效率低，产气量少，投入和产出不成比例。因此人们不得不借助化学的、物理的方法进行预处理。 预处理的目的就是尽可能除去玉米秸秆中的木质素和半纤维素，降低纤维素的结晶度，增加玉米秸秆的孔隙率。 一般来说，好的预处理工艺应该满足以下条件： (1)促进纤维素降解生成还原糖或有利于后面水解的进行 (2)避免碳水化合物的降解; (3)避免对水解和发酵有害的副产品的生成 (4)经济上可行 秸秆预处理方法很多，可分为物理方法，化学方法，生物法及各种组合方法等。 物理方法 物理法主要包括: 机械法 微波预处理 高温热解预处理 高能辐射处理 蒸汽爆破 机械法:机械法主要是利用削片和粉碎等机械手段将物料处理成细小颗粒，从而提高物料的比表面积，减少纤维素的结晶区。 微波是一种具有穿透特性的电磁波。 微波处理具有热效率高、操作方便和无污染的特点，在很多领域被广泛应用。 研究表明微波能够部分降解木质素和半纤维素，提高植物纤维素的酶水解的效率。因此微波预处理具有较好的前景。 高温热解预处理包括高温分解和高温水解两类。 高温分解能促进纤维素转化为糖。 高温水解预处理实质上是高温下酸催化的自水解反应。 高能辐射是利用物质与电离辐射互作用产生的物化变化，以达到对物质进行加工处理的目的。采用高能辐射预处理可以使农作物秸秆减少结晶性，降低秸秆聚合度，增加纤维素的活性，有利于水解的进行;高能辐射只有高辐射剂量时才能提高纤维物料的水解速度及转化率。当电子辐射剂量在小于100Mrad时，秸秆糖化率仅仅能提高10%，高能辐射预处理农作物秸秆可以降低秸秆纤维的聚合度，并且不会对环境造成污染，但预处理成本相对较高。 蒸汽爆破法的蒸汽温度一般在150一250℃，在蒸汽压力为0.7一4.8MPa的条件下爆破几秒到几分钟不等，然后瞬间减压。 蒸汽爆破可以使纤维素与半纤维素、木质素分开，同时使纤维素半纤维素内有序结构发生变化，增加纤维素、半纤维素的吸附能力。 研究表明蒸汽爆破对于各种植物原料都是一种较为有效并且合理的预处理方法。每一种物料都有最佳汽爆温度和最佳汽爆时间，所以不同的学者在研究不同物料时会得到不同的参数，但所有的实验都证明蒸汽爆破能显著的提高物料的纤维素、半纤维素水解率。与未处理的秸秆相比，经蒸汽爆破后的秸秆对微生物有着较高的吸附性。 蒸汽爆破法的优点: ①蒸汽爆破法能耗低 ②爆破中避免了在高温预处理中单糖转化成乙醛，抑制酶解反应 ③预处理条件易调节; ④蒸汽处理过的样品，其反应性能大大增加。 因此是诸多物理方法预处理玉米秸秆中最有效的一种方法。 化学方法 化学方法主要是指以酸、碱、有机溶剂作为秸秆的预处理剂，使纤维素、半纤维素和木质素膨胀，打破木质素与纤维素的连接，从而提高了纤维素、半纤维素的可发酵性。化学预处理中主要有酸水解、碱水解等方法。 （一）酸法预处理 （二）碱法预处理 酸法预处理是目前诸多秸秆预处理方法中研究最多并且使用最为广泛的一种方法。 酸法预处理具