表面活性剂强化超声波-离子液体预处理对水葫芦酶解的影响

为探讨表面活性剂对超声波-离子液体(US-IL)预处理木质纤维素的影响,本试验采用十二烷基硫酸钠(SDS)强化US-IL对水葫芦进行预处理,通过酶解、组成成分、表面形貌、结晶度以及化学结构的变化对预处理效果进行考察.结果显示,与未添加SDS相比,超声波-离子液体-十二烷基硫酸钠(US-IL-SDS)预处理能够有效降低纤维素的结晶度并去除木质素,酶解还原糖产量、纤维转化率及其脱木率分别提高72.23%、58.74%及21.01%.并且,SEM、XRD以及FTIR结果也表明SDS能够促进US-IL对水葫芦结构的破坏.因此,将SDS运用于辅助US-IL预处理木质纤维素具有一定可行性和良好的运用前景.     

污泥碱解和超声破解预处理的效果研究

为提高污水厂污泥的厌氧消化速率,采用多频率多功率槽式超声发生器,研究了超声波、碱解、以及两者的组合作用对污泥破解预处理效果的影响.结果表明,碱和超声波的组合预处理方式,对污泥溶解性COD的释放效果和VSS减少效果明显优于单独的超声波和单独的碱处理.单独超声预处理,污泥VSS的最大减少率为15.98%;单独碱解(NaOH/TS=0.04)时为22.12%;先碱解(NaOH/TS:0.04,24 h),再超声(60 min)以及碱(NaOH/TS=0.04)和超声(60 min)同时作用的预处理方式,可将污泥VSS减少率分别提高到51.45%和54.45%.破解作用引起污泥的水解分为快速水解和缓慢水解2个阶段,对快速水解阶段进行动力学分析可知,同时采用碱和超声的预处理方式不但可以获得最高的水解速率,而且降低了碱的投加量,缩短了超声破解的时间.     

水热预处理强化牛粪厌氧消化及其机理

为解决禽畜废物在厌氧条件下产甲烷性差的问题,采用水热法预处理+中温厌氧消化改良法考察了水热法预处理强化牛粪厌氧消化性能的效果,并进一步通过分析预处理前后牛粪化学组分、元素组成和化学结构变化以探究其强化机制.结果表明:一定强度的水热预处理能提高牛粪的厌氧产甲烷性能,过高的预处理强度(R₀)反而抑制了产甲烷率.在水热预处理温度为70℃、时间为4 320 min时(R₀为3.27),牛粪获得最大甲烷产量(以VS计)176.36 mL/g,比未预处理组(145.76 mL/g)提高了21.00%,乙酸浓度提高了65.69%,木质素去除率达到11.50%,可知有机组分的降解和木质素的移除是牛粪厌氧产甲烷性能提高的主要原因.元素分析发现,预处理后牛粪O/C〔w(O)/w(C)〕得到提高,表示糖类化合物增多;同时红外光谱分析结果显示,R₀过大时,木质素中芳环骨架的CC作用会增强,类木质素物质增多,导致牛粪产甲烷性能降低.研究显示,水热预处理能够有效增强畜禽废物的降解能力,促进牛粪产甲烷性能的提升.      

氢氧化钠和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响

为提高水稻秸秆生物转化产糖效率,分别用氢氧化钠和碱性双氧水对其进行预处理,并考察处理液浓度、温度和时间对木质纤维素酶解糖化效果的影响. 通过分析预处理前后水稻秸秆组分和结构变化,揭示氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响机理. 结果表明:①在80 ℃的条件下,使用1.25%的氢氧化钠对水稻秸秆水浴处理3 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为480.81 mg/g. ②在50 ℃的条件下,使用碱性双氧水(1.5%的氢氧化钠+2%的双氧水)对水稻秸秆水浴处理5 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为575.85 mg/g. ③与未预处理的水稻糖化效果(132.7 mg/g)相比,经氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆酶解产糖率分别提高了262.3%和336.2%. ④扫描电镜显示,经氢氧化钠和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆的比表面积均显著增加,表面结构更加疏松. ⑤红外光谱和X射线衍射光谱表征显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理均可消解水稻秸秆中的木质素并使其转化成纤维素,从而可以促进后续的酶解糖化效果. 研究显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理都能较好地促进水稻秸秆的酶解糖化过程,得到较高的糖含量.      

预处理方法对玉米芯作为反硝化固体碳源的影响

分别用1.5%NaOH、1%H2SO4、1.5%H2O2和碱性双氧水(含有1.5%H2O2的NaOH溶液)并联合紫外照射对玉米芯进行预处理,将预处理后玉米芯作为反硝化固体碳源和微生物载体进行静态释碳和静态反硝化实验,考察预处理后玉米芯释碳、反硝化性能及微生物附着情况.结果表明,经过碱和碱性双氧水预处理后的玉米芯碳源可利用性和反硝化效率均有显著的改善,尤其是碱预处理方法,静态反硝化反应至41 d时,仍能保持90%以上的硝酸盐去除率.因此,碱预处理方法可以改善玉米芯释碳性能,有利于微生物的附着和碳源的利用.     

超声波辅助离子液体-盐酸溶液预处理稻秆的研究

为研究超声波对离子液体-盐酸溶液预处理木质纤维素的影响,采用氯化-1-丁基-3-甲基咪唑和氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的盐酸溶液在超声辅助下对稻秆于30~70℃进行预处理,探讨了温度、酸度和处理时间对酶解产糖量的影响,并在最佳条件下通过酶解糖化、成分分析、表面形貌、结晶度及化学结构的变化对有无超声辅助下预处理的效果进行考察.结果表明,温度、酸度及处理时间对酶解产糖量具有显著影响,在超声波辅助下,产糖量、纤维转化率及脱木质素率分别提高20.13%~28.96%、31.69%~35.23%和18.06%~19.33%.扫描电镜、X-射线衍射及傅里叶变换红外光谱分析表明,超声波辅助离子液体-盐酸溶液预处理能够促进对稻秆表面形貌和化学结构的破坏,并降低纤维素的结晶度.     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.     

糠醛渣纤维素酶解研究

以糠醛渣为原料进行纤维素酶解研究,考察了预处理方式、酶用量、底物浓度和酶解时间对糠醛渣酶解的影响,并将其与稀酸预处理的玉米芯进行对比.结果表明,未经处理的糠醛渣由于酸性较强并含有糠醛等抑制性的物质,不能直接用于酶解,水洗和Ca(OH)₂脱毒法都可以显著提高糠醛渣的酶解效果;水洗糠醛渣的酶解最佳条件为：1∶9（g∶mL）的底物浓度、20 FPU/g（酶活/底物）,酶解时间为48 h,在此条件下,还原糖浓度为35 g/L,糠醛渣的转化率为30%,糠醛渣中纤维素的转化率为61%.     

玉米芯缓释碳源对CRI系统脱氮效能的影响

为解决CRI系统有机碳源不足导致的TN去除率低的问题,选取玉米芯作为碳源备选材料,研究了酸热、碱热、超声波3种预处理方法对其释碳性能和反硝化潜力的影响,筛选出最优预处理方式后,投加于CRI系统考察了对其脱氮效能的影响。结果表明,碱热处理玉米芯的COD平均释放量为13.24 mg/(g·d),反硝化潜力为130.93 mg NO_3~--N/g,粗糙的表面和丰富的孔隙有利于微生物的附着生长,且分解过程对水质的潜在影响较小,确定其为较适宜的缓释碳源。将碱热处理玉米芯投加到CRI系统的中层(50~100 cm),当玉米芯与基础填料体积比为1∶7,湿干比为1∶3时,COD、TN的平均去除率分别达到了80.28%、85.29%。沿程污染物变化规律表明,碱热处理玉米芯释放的有机物为反硝化段(100~150 cm)提供了充足的碳源,100 cm处进水的C/N比对照组提高了9.14倍,最终TN去除率比对照组提高了58.35%。     

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H_2-CH_4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H2-CH4的影响.结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H2、CH4产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0 mol/L,w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10 mg/g时,预处理最佳.其中1.0 mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H2)(H2含量)达30.09%,累积产H2量(以香蒲干质量计)达11.39 mL/g;φ(CH4)(CH4含量)最高达67.48%,累积产CH4量(以香蒲干质量计)达41.87 mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%.纤维素酶预处理后香蒲产CH4能力显著提高,产CH4阶段φ(CH4)最高为71.39%,累积产CH4量达46.32 mL/g,还原糖利用率达72.10%.扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H2-CH4工艺的快速启动和稳定运行.     

碱处理对互花米草理化特性的影响研究

研究了5%的NaOH溶液固态处理互花米草后,互花米草的物质结构、物质组成以及水浸提液理化特性的变化.结果表明,经5%的NaOH溶液处理48h后,互花米草的木质纤维结构受到破坏,木质素大分子被碎片化,一些含氮的有机物和碳水化合物受到破坏,导致互花米草水浸提液的COD、TN和有机氮含量大幅增加,分别增加了333.90%、45.26%和25.83倍.对纤维素含量和纤维素结晶度的影响不大,但纤维素的结晶区可能发生了一定的重结晶.半纤维素受到较大程度的破坏,半纤维素含量大幅降低了27.65%,产生了一些羧基类物质.碱处理后,木质素的包裹作用被去除,互花米草的生物降解性能提高.     

不同种类表面活性剂联合离子液体预处理稻秆的物化特性研究

预处理是提高木质纤维材料酶解效果的关键步骤,更是木质纤维材料制造生物乙醇的重要环节.因此,对木质纤维材料进行预处理以促进酶解糖化过程具有重要意义.本研究以稻秆为原料,探讨不同类型表面活性剂(包括阳离子型、阴离子型、非离子型、生物)联合离子液体对木质纤维材料转化率及酶解初速度的影响,并通过稻秆成分分析、FTIR、XRD对处理前后稻秆的结构、结晶性进行了分析比较.结果表明,与单独离子液体处理相比,表面活性剂联合离子液体预处理稻秆可提升纤维转化率,效果为:生物表面活性剂-离子液体非离子型表面活性剂-离子液体阴离子型表面活性剂-离子液体阳离子型表面活性剂-离子液体.与未处理及单独离子液体处理稻秆相比,生物表面活性剂-离子液体预处理稻秆的纤维转化率分别提高55.38%和22.03%.     

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

低温冰冻预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气性能的影响

以水稻秸秆为厌氧发酵原料,在中温（37 ℃）湿式批次发酵条件下,考察了低温冰冻预处理在不同温度（-5,-18,-40,-60 ℃）和不同时间（12,24,36 h）下对水稻秸秆厌氧发酵产气性能影响。实验结果表明:低温冰冻预处理均显著增加了秸秆溶出物COD含量,其中D3处理与对照相比增加了7.65倍。低温冰冻预处理显著降低了木质素含量,降低幅度为16.36%~59.88%。在预处理冰冻温度为-5,-18,-40 ℃下,水稻秸秆厌氧发酵TS产气率和甲烷含量随着预处理时间增加而提高。其中,-60 ℃,24 h处理的厌氧发酵TS产气率与-60 ℃,36 h处理的甲烷含量最高,相较于对照组分别提高了96.46%和209.30%。     

Sorption of 2,4-dinitroanisole (DNAN) on lignin

The present study describes the use of two commercially available lignins, namely, alkali and organosolv lignin, for the removal of 2,4-dinitroanisole (DNAN), a chemical widely used by the military and the dye industry, from water. Sorption of DNAN on both lignins reached equilibrium within 10 hr and followed pseudo second-order kinetics with sorption being faster with alkali than with organosolv lignin, i.e. k₂ 10.3 and 0.3 g/(mg hr), respectively. In a separate study we investigated sorption of DNAN between 10 and 40°C and found that the removal of DNAN by organosolv lignin increased from 0.8 to 7.5 mg/g but reduced slightly from 8.5 to 7.6 mg/g in the case of alkali lignin. Sorption isotherms for either alkali or organosolv lignin best fitted Freundlich equation with enthalpy of formation, ΔH⁰ equaled to 14 or 80 kJ/mol. To help understand DNAN sorption mechanisms we characterized the two lignins by elemental analysis, BET nitrogen adsorption-desorption and ³¹P NMR. Variations in elemental compositions between the two lignins indicated that alkali lignin should have more sites (O- and S-containing functionalities) for H-bonding. The BET surface area and calculated total pore volume of alkali lignin were almost 10 times greater than that of organosolv lignin suggesting that alkali lignin should provide more sites for sorption. ³¹P NMR showed that organosolv lignin contains more phenolic -OH groups than alkali lignin, i.e., 70% and 45%, respectively. The variations in the type of OH groups between the two lignins might have affected the strength of H-bonding between DNAN and the type of lignin used.     

含固率对超声联合热碱预处理及厌氧消化的影响

含固率是影响污泥预处理效果的重要因素。对含固率为1.5%、5%、10%的污泥进行超声联合热碱预处理及厌氧消化,以探究含固率对污泥破解效果及产气量的影响,发现VSS的减少率和氨氮的增长率随污泥含固率的提高而减小。厌氧消化27d后,经预处理作用后污泥的含固率为1.5%、5%、10%,VSS浓度较原泥依次减少了64.5%、54.6%、20.1%,氨氮浓度较原泥依次增加了97.3%、47.5%、25.6%,厌氧消化产气量较原泥分别增加了32.0%、40.1%、18.9%,且产气量均在第20天之前便达到了原泥30 d的总产气量。综合考虑污泥体积、总减量效果以及产气量,采用含固率5%的污泥进行预处理以及后续的厌氧消化过程更合适。     

玉米秸秆化学预处理后进行厌氧干发酵试验的研究

采用稀硫酸和稀氢氧化钠处理玉米秸秆,分析秸秆纤维组成和纤维结构的变化,并对酸、碱处理后的玉米秸秆进行厌氧干发酵试验。研究表明,采用稀酸处理玉米秸秆的还原糖产率明显高于采用稀碱处理的玉米秸秆;稀硫酸对半纤维素的去除率可达74.27%,稀碱对木质素的去除率最高可达83.94%;玉米秸秆经稀酸处理和稀碱处理后进行厌氧干发酵试验,其累积产气率和甲烷含量都有所提高,但酸法高于碱法。