为了研究不同的预处理方式对秸秆酶解糖化效率的影响，本实验采用酸、碱预处理的方式，设置酸碱浓度、温度这2个因素进行实验研究，研究不同预处理条件对秸秆水解产还原糖的影响，并分析水解后秸秆纤维素组成。得出的结论是进行酸预处理时，HCl浓度为4.0%，处理温度是60℃，处理时间48h时，获得的还原糖含量最高为17.78g/L。为了研究秸秆厌氧发酵产沼气的较优条件，本实验也采用了温度、浓度2个因行进行实验研究，研究不同发酵温度、浓度对秸秆产沼气的影响，并分析发酵后秸秆消化纤维特性。得出的结论是当发酵温度为55℃、浓度为7% 时，微生物活性最好，秸秆厌氧发酵沼气产量最多。关键词 秸秆，酶解糖化，酸碱预处理，厌氧发酵
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 秸秆的组成 1
1.3 秸秆的预处理 2
1.4 秸秆厌氧发酵 3
1.5 秸秆的综合利用 4
1.6 本课题研究的目的与意义 5
1.7 技术路线图 5
2 实验材料和方法 5
2.1 实验材料 5
2.2 实验试剂和仪器 6
2.3 实验方法 6
2.4 实验分析指标 8
3 结果与分析 11
3.1 不同预处理方式对还原糖的影响 11
3.2 失重率与挥发性固体 12
3.3 木质纤维素的测定 13
3.4 厌氧发酵过程中气体产量和厌氧消化纤维特性 15
结 论 19
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 引言
1.1 研究背景
由于近年来石油等能源短缺危机与使用其造成的环境污染日益严重，以清洁和可再生概念为核心的新能源得到了全球范围内的关注。能源问题是当今全世界都要面对的中心问题，因为能源问题关系到各个国家的安全和经济发展。中国是以农业生产为主的国家，在农业活动中会衍生出大量生物质废弃资源，尤其是农村生物质资源具有资源量大、再生性强等特征，所以具有较高的开发潜力[1]。根据中国现在的技术水平，具备开发价值的农村生物 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
质资源有以下几种：农作物的秸秆、林木生物的残余物、牲畜的粪便与能源作物等[2]。然而在传统上，我国对秸秆的利用率依旧较低，秸秆的转化率较低，而且处理后获得的经济效益也不高，同时会造成严重的环境污染[3]。随着科技进步和农村循环经济的发展，秸秆作为一类非常重要的可再生生物质资源，它的开发与利用越来越受到人们重视。秸秆不仅可以作为发酵产沼气的原料，同时秸秆发酵后的残渣中的营养成分含量较高，可以作为很好的有机肥料[4]。
秸秆通过厌氧发酵获得沼气是我国在处理秸秆的一个重要方面，能在提供新的能源物质的同时又减轻造成的环境污染[5]。这又可以获得非常显著的经济收益、环境收益和社会收益。但由于农作物秸秆中含有较多的纤维素、半纤维素和木质素，这些生物大分子缠绕在一起，在发酵过程中不容易降解这些大分子，因此秸秆在进行厌氧发酵时存在着许多问题，如发酵启动速度慢、发酵时间周期长等，所以在发酵前进行适当的预处理可以解决秸秆发酵存在的诸多问题，提高发酵效率[57]。同时在秸秆水解前采取的不同的预处理方式，最后水解获得的产糖量也各不相同，而秸秆发酵后期的甲烷的产量也直接和预处理后水解液中的含糖量相关，因此对秸秆不同预处理的方式的结果进行研究分析，是一项重要的研究方向[8]。
1.2 秸秆的组成
秸秆是农作物籽实收获后的残留部分，主要指的是农作物的根、茎、叶中那不可被利用的部分。秸秆的主要成分包括3247%的纤维素、1927%的半纤维素和524%的木质素，其他成分还包括少量的镁、钾、磷、钾、氮、硫、钙等元素，是有很多种用途的一种生物资源。
纤维素分子是组成秸秆的一种链状聚合体，是由葡萄糖通过糖苷键链接起来的。纤维素分子们通过非常整齐规则的折叠排列组成纤维素的结晶体。半纤维素则是通过不同的多聚糖构成的混合物，而多聚糖则由不同的单糖聚合而成，上面还连接着乙酰基和甲基。半纤维素的水解产物包括两种五碳糖，为木糖和阿拉伯糖和三种六碳糖，为葡萄糖、半乳糖和甘露糖。而木质素是位于植物细胞的胞间层和次生壁之间的主要填充物，在木材中的含量25%30%之间。
1.3 秸秆的预处理
组成农作物秸秆的纤维素、半纤维素和木质素这些大分子难以降解，但若是对木质素实现降解那么可以提高秸秆的降解性能。而选择合适的预处理方法就能实现对木质素的降解，即可提高木质素的降解效率。目前秸秆预处理中使用的的主要方式有物理预处理，化学预处理，生物预处理等。其中化学预处理法中的稀酸预处理有最高的利用价值[8]。
1.3.1 物理预处理
物理预处理法具有操作简单，污染小等优点，但同时存在能耗大，成本高的缺点。物理预处理可以明显地降低纤维素的结晶度，并破坏半纤维素及木质素结合层[9]。以下列举了些常用的物理预处理方法，如物理粉碎法、微波处理法、高温热解法和高能辐射法等[10]。这些物理预处理的方法都有不同的优点和缺点。可以根据具体的实际情况进行选择。例如微波处理可以减少预处理的时间，而且处理过程操作简便，但是操作成本太高。高温热解法的优点是能加快分解纤维素的速度，但是处理时对温度变化敏感，而且生成的副产物也会挥发。高能辐射法的优点是产生的污染较少，缺点是成本较高，不适合用于大规模的生产[11]。
1.3.2 化学预处理
常见的化学预处理方法包括酸预处理法、碱预处理法、氧化预处理法和有机溶剂预处理法等。化学预处理法的优点是工艺简单、效率高等。但由于其在处理过程中所需浓度较高，对后继的处理影响较大，必须进行pH的调节；而且化学残留物会对环境产生污染，所以处理后的酸碱必须进行回收处理。化学预处理是通过降低纤维素的结晶度，从而打破木质素与纤维素的连接，使半纤维素溶解。
酸是秸秆水解预处理常用的催化剂之一，不同浓度的酸对秸秆预处理的影响不同。酸化作用一般分为浓酸预处理和稀酸预处理，酸预处理时常用酸是硫酸，其它的酸有盐酸，乙酸等。
浓酸作预处理时可以水解半纤维素，纤维素，也可以溶解多糖，产生还原糖，但是利用浓酸预处理对设备要求高，在处理过程中产生的一些产物需要处理[1213]。浓酸对秸秆进行预处理时，包括两步：秸秆预水解和秸秆水解[14]。由于浓酸进行水解预处理时所需的时间长，对设备要求高，酸的回收困难且环境污染大，该方法无法进行广泛运用[15]。

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