纤维素酶、半纤维素酶降解膨化玉米秸秆工艺优化

利用纤维素酶和半纤维素酶协同降解经过膨化预处理的玉米秸秆,以提高玉米秸秆相比于单酶解的产糖量。在单因素实验的基础上,以还原糖产率为响应值,通过响应面来优化设计实验。实验数据分析得出,膨化玉米秸秆酶解的最佳工艺为:pH 4.8,液固比13∶1,酶解时间60 h,酶浓度6 g/L,温度51℃。对比纤维素酶单独作用于玉米秸秆的降解效果,双酶协同酶解使酶解液的还原糖产率提高到24%,还原糖产率提高了14.3%。协同酶解的研究为木质纤维素原料的降解提供了一种新的方式。     

基于酸催化的生物质制乙醇工艺条件优化

纤维素乙醇被认为是最佳的替代燃料之一,但依然存在纤维素水解效率低和水解糖液中有害物质影响酵母菌活性等问题,从而导致其生产成本过高,无法实现工业化生产。选取水稻秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、毛竹等4种典型生物质,进行了基于酸催化法与同步酶解发酵法制取纤维素乙醇工艺条件的优选研究,采用DNS还原糖测定法测定原料还原糖转化量以表征预处理效果,并使用气相色谱法测定乙醇转化率。结果表明:水稻以5%固体装载量在125℃下经0.5%稀硫酸处理10 min后,产糖率达28.74%,处理效果在4种生物质中最优;发酵2 d后的水稻和小麦的乙醇转化率分别为51%和54%,显著高于高粱与毛竹;发酵5 d后高粱和毛竹的乙醇转化率达到了61%和65%,高于水稻和小麦。以上结果对改善传统生物质生产纤维素乙醇产率低的问题,具有一定的实际指导意义。     

膨化预处理玉米秸秆的还原糖酶解工艺

应用膨化技术对玉米秸秆进行预处理.在单因素实验基础上,以还原糖转化率为影响值设计正交实验,研究温度、pH、液固比、酶浓度及酶解时间五因素对纤维素酶解过程的影响.得出玉米秸秆糖化酶解最佳工艺条件为:温度48℃,pH 4.5,液固比8:1,酶浓度36.0 U/g,酶解时间25 h;在此工艺条件下还原糖转化率达到28.98％.扫描电镜表征对比观察可看出,膨化后玉米秸秆纤维素酶解充分;结合红外光谱对各组分特征基团分析表明,膨化后的玉米秸秆酶解的纤维素基团特征峰变化更为明显.     

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下.选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高.本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P =500 W,t=2 h)、碱解(pH =13,t=2h)和酸解(pH =2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9％、39.1％、31.0％和22.4％的COD溶出率.对预处理后污泥进行传统条件下(SRT =20 d)厌氧消化,分别获得了53.6％、40％、26.8％和24％的甲烷产率(mL/g VSS)增量.同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加.缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈.     

微波联合酸预处理对厨余垃圾酶水解糖化的影响

酶水解糖化是厨余垃圾制造燃料乙醇的关键步骤,对厨余垃圾进行预处理以促进糖化过程,具有重要意义.以学生食堂厨余垃圾为原料,以常规、微波为加热手段,比较不同预处理方式对厨余垃圾酶水解的影响.结果表明,微波加热结合酸性溶剂的预处理方式最有利于厨余垃圾酶水解糖化.考察微波联合酸预处理的影响因素,得到最佳的预处理条件为:溶剂为H2SO4、溶剂浓度3％、微波功率80 W,预处理时间40 min,固液比1∶8,该条件预处理后,与未经预处理的厨余垃圾酶水解糖产量相比,提高46.1％.     

可用于去除高盐废水中有机污染物的混凝-Fenton氧化联合工艺

以某环氧树脂生产厂产生的高盐有机废水为对象,对比研究了Fenton、Fenton-混凝、混凝-Fenton等工艺去除废水中有机污染物的效能。考察了Fenton反应中Fe2+、H2O_2投加比、初始pH、反应时间以及混凝反应中混凝剂种类、投加量等参数对处理效果的影响。结果表明:Fenton工艺的最佳条件为亚铁和过氧化氢投加比1∶20,投加量分别为25 mmol·L~(-1)和500 mmol·L~(-1),初始pH 3,反应时间120 min,TOC去除率为62.50%;混凝工艺选择Fe SO_4混凝剂,投加量为300 mg·L~(-1),TOC去除率为23.78%;废水经过Fenton-无混凝剂混凝、Fenton-混凝剂混凝、混凝-一级Fenton氧化和混凝-二级Fenton氧化工艺处理,TOC去除率分别为68.32%、71.51%、80.69%和89.27%。     

樟树叶纤维素液态发酵的工艺优化

为获得樟树叶纤维素液态发酵的最佳工艺条件,以KOH预处理后的樟树叶为原料,利用中药作为添加剂,在单因素的基础上,以还原糖的浓度作为考察指标,进行Box-Behnken实验设计,对樟树叶纤维素液态发酵进行响应面分析。樟树叶纤维素液态发酵的最佳培养基条件为:樟树叶粉末6%、麦麸1.6%、天麻粉末3%。优化后的还原糖浓度为2.5418mg/m L,而初始的还原糖浓度为0.7531 mg/m L,提高了3.38倍。天麻粉末少量的添加能大幅度的提高樟树叶纤维素的转化率,具有较高的应用价值,并为林木纤维废物利用提供借鉴作用。     

稻草经超声波辅助预处理后酶解过程的动力学研究

在功率为120 W、处理时间为30 min的条件下,分别对稻草进行超声波辅助酸碱预处理,与传统化学预处理(碱-预处理、酸-预处理)后稻草的主要化学组成相比较,结果表明超声波技术辅助酸碱预处理可以更为有效地去除半纤维素和木质素,从而提高了稻草基质中纤维素的相对含量,有利于缩短稻草水解时间。在一系列实验研究的基础上,建立了稻草酶水解动力学模型。结果表明,分别经碱、超声波-碱、酸、超声波-酸预处理的稻草在糖化过程中的模型参数(米氏常数KM,速率常数k和抑制常数KI)均不相同,KM分别为17.55、14.14、15.29和15.08 g/L;k分别为15.30、21.32、13.40和15.42 h-1;抑制常数KI变化不明显分别为2.31、2.08、1.81和1.85 g/L。模型及实验方法简便可靠,有较好的拟合性,对稻草酶水解过程工程放大及过程控制都具有一定的参考价值。     

超声波协同Fenton氧化法去除造纸法再造烟叶废水COD

采用单独Fenton氧化法和联合超声波Fenton氧化法去除经过生化处理后的造纸法再造烟叶废水COD,通过研究反应时间、H2O2和Fe2+用量对COD去除率的影响,确定最佳实验条件。结果显示,Fenton法和联合超声波Fenton法对COD最大去除率分别为66.18%和76.99%;对比结果发现,超声波可以减少Fenton反应时间,降低COD去除率最大时的Fenton试剂用量,保证高COD去除率的同时扩宽Fenton试剂用量范围,超声波协同Fenton反应的作用显著。     

利用甘蔗渣制备微生物絮凝剂的预处理方法研究

通过对甘蔗渣进行不同的预处理,确定了提高纤维素酶糖化率和酱油曲霉发酵液絮凝率的方法.利用正交实验对固液比、颗粒粒径、溶剂浓度和预处理时间及其交互作用进行考察,确定较优的工艺方案.结果表明,在相同条件下,碱处理能够有效提高纤维素酶的糖化率,处理后甘蔗渣的酶解液中还原性糖浓度和酱油曲霉发酵液的絮凝率分别为3.46 g/L和...     

微波辅助Cu(Ⅱ)-Fenton体系催化氧化处理对硝基苯酚废水

为了拓宽Fenton反应pH范围,提高降解效率、减少药剂用量,向Fenton体系中添加辅助催化剂Cu(Ⅱ),并对微波辅助催化氧化对硝基苯酚(PNP)模拟废水工艺进行了研究。提出微波辐照-放置处理工艺,并与普通全过程微波处理工艺进行了比较。结果表明,该体系处理工艺将Fenton反应最佳pH范围由2.0~3.5拓宽到2.0~5.5;在pH=5.0时,对于100 mg/L的PNP溶液,当[Cu2+]=0.8 mg/L、[Fe2+]=3.0 mg/L、[H2O2]=0.2 g/L,微波功率250 W,辐照2.0 min、放置4.0 min,PNP去除率可达98%以上;辅助催化剂Cu2+的加入增强了氧化效果,同时节约药品20%以上。通过对比实验发现,Cu2+与Fe2+发生了某种作用机制,联合促进了体系中·OH的生成。该反应体系不仅将传统Fenton反应体系狭窄的pH值范围延伸到接近中性的区域5.0~5.5,又可在短时间内使PNP去除率达到98%以上。     

纤维素降解菌的筛选及其产酶特性

纤维素降解菌在纤维素类物质降解的过程中起着重要作用。通过滤纸条崩解和液态产酶实验,从腐烂的树叶中筛选出1株对纤维素有较强降解能力的菌株SY2,通过形态学特征以及生理生化反应,初步鉴定该菌株为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescent)。产酶培养基及培养条件优化的实验结果表明:SY2的最佳产酶培养基为麸皮与秸秆粉的质量比1∶4、(NH4)2SO41%、pH8、固液比1∶2;最佳产酶条件为培养温度30℃、接种量7.5%、培养时间72 h;在酶液中添加Fe2+和VB12可使纤维素酶活力分别达到174.89μmol/(g.min)和165.99μmol/(g.min),提高了33.5%和26.3%。SY2对麸皮、滤纸的降解效果较好,降解率分别达到45.0%和33.3%。     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响简

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇,通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析,研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明,酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高,酸处理效果优于碱处理。采用0.5 mol/L HCl预处理龙须眼子菜效果最佳,最大氢气、甲烷含量分别达42.65%和52.82%,产氢气速率为4.118 mL/h,产甲烷速率最高达14.199 mL/h。芦苇经1 mol/L HCl预处理效果最佳,最高氢气、甲烷含量分别为32.22%和65.26%。扫描电镜微观结构分析表明,酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构,有效增加植物与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。     

超声波对污泥水解的促进作用

以超声波预处理城市污水处理厂剩余污泥,考察不同功能密度下的超声波对污泥水解释放碳源过程的影响。结果表明,污泥经超声波预处理,可缩短污泥水解时间,促进VFA释放,且声能密度越大,促进作用越显著;当声能密度为0.138 W/mL、作用时间为1 min时,污泥水解4~5 d后,释放VFA达到800 mg/L,VFA/TN由初始的1.98提升至4.15,VFA/TP由初始的24.78提升至42.35。同时,超声波不仅破坏污泥絮体结构,而且提高了微生物中蛋白酶和辅酶F420的活性,更有利于污泥水解。     

超声波/Fenton工艺降解微量邻苯二甲酸二甲酯和壬基酚效能的研究

研究了在超声波、Fenton不同体系中邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和壬基酚(NP)的降解效果.通过正交实验得到超声波/Fenton工艺各个因素影响程度的大小为:H2O2投加量＞初始pH＞反应时间＞Fe2+投加量＞超声功率.最后得到降解250mL质量浓度为100 μg/L的DMP的最佳条件:H2 O2投加量为2 mmol/L、Fe2+投加量为0.40 mmol/L、初始pH为3.00、超声功率为1 800W、反应时间为120 min,降解率可达到85.96％;降解250mL质量浓度为100 μg/L的NP的最佳条件:H2O2投加量为4mmol/L、Fe2+投加量为0.50 mmol/L、初始pH为3.00、超声功率为1 800W、反应时间为120 min,降解率可达到78.70％.     

二氧化锰对厨余垃圾制备液体肥中腐殖质形成的影响

厨余垃圾全量化制备液态有机肥是其高值资源化利用的重要途径之一。厨余垃圾中腐殖质合成前体物的释放与定向腐殖化是制备高品质液态有机肥的技术难题。通过厨余垃圾热水解(90和170℃)破坏大分子木质纤维素结构,探究厨余垃圾中蛋白质、氨基酸、可溶性糖等腐殖质合成前体物的转化规律,通过添加二氧化锰(MnO₂)与功能微生物(抗酸化复合菌剂和米曲霉酶源产物)协同定向腐殖化,阐明MnO₂强化厨余垃圾定向腐殖化制备液态有机肥的作用机制。结果表明,厨余垃圾在170℃热水解1 h效果最佳,液相中可溶性蛋白质和还原糖质量分数与热水解前相比分别提高了22%和12%。添加MnO₂后,发酵前期(24 h)还原糖质量分数提高了69%,96 h游离氨基酸的质量分数提高了27.3%,进一步提高了厨余垃圾中腐殖质合成前体物的释放。随着腐殖化反应的进行,发酵结束时(168 h)还原糖和游离氨基酸的质量分数分别降低了88%和22%,腐殖酸和富里酸质量分数分别提高了85%和33%。可见,热水解联合MnO₂催化,可明显促进腐殖质合成前体物的生成和...     

US-UV-Fenton降解硝基苯

采用超声波(US)、紫外光(UV)和Fenton联合降解硝基苯,初步探讨了其作用规律。研究结果表明,UV可以促进双氧水转化自由基的效率,而US同时具有强化传质作用和超声氧化作用,两者均能够强化Fenton氧化硝基苯的降解过程。正交实验结果表明,H2O2初始浓度是硝基苯降解和矿化的最显著影响因素,反应时间和超声功率是矿化的显著影响因素。最佳反应条件为:H2O2500 mg/L、Fe2+10 mg/L、反应时间60 min、超声波功率100 W,此时,硝基苯完全降解,TOC去除率达到73.0%。Fenton、UV/Fenton和US/UV/Fenton降解硝基苯过程均符合伪一级反应动力学模式,反应速率常数分别为3.37×10-2、3.81×10-2和5.10×10-2min-1。     

纤维素高效降解菌NU-H的诱变选育及降解特性

以草酸青霉(Penicillium oxalicum)D1为出发菌株,经过紫外线、亚硝酸以及紫外与亚硝酸复合诱变处理,选育出1株高产纤维素酶突变株NU-H,与出发菌株相比,CMCase酶活提高69.8%,滤纸酶活提高75.28%,另外木聚糖酶活,还原糖得率也有显著地提高。通过单因子及正交实验,研究了突变株纤维素酶对稻草粉水解的最适宜条件。结果表明,该菌株酶解糖化的最佳条件为:温度50℃,时间28 h,纤维素酶浓度为60%,底物浓度3%,pH 4.8,还原糖得率为23.25%。     

蔗渣发酵生产L-乳酸

酶解是纤维质原料用于生物发酵前的关键步骤。为了找到一种高效、低成本和低能耗的蔗渣酶解工艺,本实验研究了蔗渣酶解的底物浓度、pH、酶用量、温度、时间对蔗渣酶解后还原糖释放量的影响,并对酶解的3个主要因素——温度、pH和酶量进行正交实验分析,最终得到蔗渣浓度为8%,酶液6.9 mL,在温度43.9℃、pH为4.3条件下糖化时间14h,还原糖浓度可达54 g/L以上。将糖化液用于发酵实验,发现干酪乳杆菌N-2在酶解液培养基中45℃发酵120 h乳酸产量达到32.5 g/L;对代谢产物进行高效液相分析发现发酵产物为乳酸,几乎没有其他副产物产生。     

MAP-Fenton法预处理垃圾渗滤液的实验研究

采用MAP-Fenton法对垃圾渗滤液进行预处理研究,以氨氮和COD的去除率为衡量指标,根据单因素实验和正交实验确定其最佳工艺条件。MAP阶段的最佳工艺条件:pH=9.5、Mg2+∶NH+4∶PO3-4(摩尔比)=1.3∶1.0∶1.3、反应时间为25min;Fenton阶段的最佳工艺条件:pH=3.5、30%(质量分数)H2O2投加量20mL/L、H2O2∶FeSO4·7H2O(摩尔比)=5∶1、反应时间为2.0h。在上述最佳工艺条件下,垃圾渗滤液氨氮和COD去除率的平均值分别为93.89%和90.12%。