洞南秸秆变乙醇 研发突破难关

近日，河南天冠企业集团传出喜讯：该企业在利用秸秆生产乙醇的过程中，经过科研人员的努力，纤维素酶发酵水平已从15FPIU／ML提高到了41FPIU／ML，生产每t纤维乙醇用纤维素酶的成本降低到了1000元以下。这两项指标表明，我国纤维乙醇大规模工业化生产技术已经成熟。     

载气对稻草秸秆固态发酵性能的影响特性

为探究载气对稻草秸秆固态发酵性能的影响特性,该文构建了一套新型气载乙醇同步酶解纤维素填充床发酵系统。在该系统中,将纤维素基质、纤维素酶及纤维二糖酶混合均匀,装填于反应器内形成基质填充床,酵母菌循环液流经床层将酶解发酵生成的葡萄糖转化为乙醇,利用载气将生成的产物及时载出反应器,乙醇被水吸收。结果表明：载气可及时将生成的产物载出反应器,提高发酵效率。载气类型对发酵过程影响较大,N₂为载气时发酵效率最高,乙醇得率相对于无气提式发酵提高了1.04倍,间歇时间为2 h时乙醇得率最大,4 h乙醇总量最多为1.912 g;CO₂为载气时乙醇得率提高了0.94倍,间歇时间为4 h时乙醇得率最大且积累量最多,为1.974 g;然而空气为载气时对发酵效率提高不大,间歇时间为4 h时发酵效果最好,乙醇总量最多为1.592 g;最终结果表明载气为N₂,间歇时间为2 h,乙醇得率最高。     

纤维素不同途径水解酸化效果对比研究

农作物秸秆结构复杂,酸化效果可能与传统糖类物料不一致。为方便考察纤维素类物料厌氧酸化效果,文章选取成分相对单一的滤纸为原料,考察了酶活浓度、反应时间、酵母菌接种量(F/M)等因素对纤维素经纤维素酶和酵母菌联合作用后的乙醇、乙酸产量的影响,及对厌氧发酵过程的影响分析。结果表明,当纤维素酶单独作用时,酶活浓度120 U/g、温度50℃、pH值4.8、水解24 h时可获得最大葡萄糖产率:73.7 mg/g(转化率为24.9%);纤维素酶和酵母菌分步糖化发酵(separate hydrolysis and fermentation,SHF)工艺中,F/M值为2:1、反应96 h可得最大乙醇产率:119.3 mg/g(转化率为42%);纤维素酶和酵母菌同步糖化发酵(simultaneous saccharification andfermentation,SSF)工艺中,F/M值为1:2、反应120 h得到最大乙醇产率:396.0 mg/g(转化率为58.2%)。F/M值为2:1、反应120 h时,SSF工艺比SHF工艺的乙醇产量提高了34.91%。     

水绵发酵产乙醇工艺构建及条件优化

水绵干燥样中含有大量的淀粉、纤维素等碳水化合物,利用水绵制备生物乙醇,不仅可以拓宽生物乙醇的原料来源,还可以缓解水体富营养化现象。对水绵干燥样成分进行分析后,通过自行构建的水绵发酵产乙醇工艺,考察了预处理混合物中稀硫酸用量、纤维素酶用量、预水解时间、预水解温度、发酵时间和发酵温度对产乙醇浓度的影响;利用响应面中心组合设计法和响应面分析法,得到了水绵发酵产乙醇工艺参数的回归模型,并在回归模型预测出的优化条件下进行了放大倍数的产乙醇试验,采用Logistic模型基于1st Opt软件,得到能描述水绵发酵产乙醇全过程的分段优化模型。试验结果表明:水绵干燥样中淀粉、纤维素等碳水化合物约占水绵干重的67.53%,水绵发酵产乙醇具有巨大的潜力;最佳产乙醇条件为纤维素酶(10万u/g)与水绵干燥样的投加质量比1∶1、预水解温度50℃、预水解时间50 min、发酵温度40℃,产物乙醇的最佳浓度可达5.61 g/L,以原料计算的乙醇得率为28.1%(g/g);在最佳产乙醇条件下,最大乙醇浓度为5.715 8 g/L,最大乙醇产生速率为0.691 9 g/[g/(L·h)]。该结果对水绵发酵产乙醇工艺参数的选择及对产乙醇全过程的调控具有指导意义。     

改性活性炭纤维对含乙醇有机废气的吸附性能研究

文章研究了活性炭纤维(ACF)对乙醇的吸附性能以及表面基团和形态对吸附性能的影响,并以提高活性炭纤维对乙醇的吸附性能为出发点,采用无机盐浸渍及二次热处理方法对ACF进行表面改性,改性前ACF对乙醇的吸附容量为376mg/g,经过无机盐浸渍并二次热处理改性的ACF对乙醇的吸附容量达到了516mg/g,穿透时间也由改性前的30min延长到了80min。结果表明,无机盐浸渍和二次热处理改变了ACF表面基团和形态,从而提高了ACF对乙醇的吸附性能。     

纤维素酶法废纸脱墨机理的初步研究

验证了纤维素酶促进废新闻纸脱墨的有效性;从不同角度研究了纤维素酶用于废纸脱墨过程的作用机理,实验结果表明：纤维素酶通过水解部分细小纤维、降低纤维表面负电荷等作用,促进油墨从纤维上脱离,并减少细小油墨粒子在纤维表面的二次吸附;提高了纸浆滤水性能,从而使细小油墨粒子易于被洗涤去除。     

天冠集团“非粮”乙醇的先行者

从用粮食生产乙醇到用秸秆生产乙醇,对国内乙醇产业来说是一项重大的转变,对河南天冠企业集团有限公司（以下简称天冠）来说则是一次重大的产业结构调整。一直以来,天冠都是中国燃料乙醇政策的积极倡导者和实践者,也是中国著名酒精清洁生产综合利用示范企业。近年来,天冠积极尝试着发展“不与人争粮、不与粮争地,致力于适合我国国情的生物能源非粮路线产业”,历经多年努力突破了多项关键技术,建成了年产3000吨秸秆纤维乙醇的产业化示范基地,为把中国燃料乙醇逐步建设成为一个生产工艺先进、技术成熟、综合利用水平较高并有经济竞争力和国际影响力的全新产业,探索了一条路子。天冠的发展浓缩了中国觅求生物能源的过程。     

高效木薯渣分解复合菌群RXS的构建及其发酵特性研究

从富含腐烂纤维质的环境中取样,通过以木薯渣及滤纸为碳源的蛋白胨纤维素培养基不断地富集培养,构建了一组高效稳定的纤维质分解复合菌群.考察了该复合菌群对不同纤维质底物的分解性能及其在木薯渣水解过程中主要参数的变化.研究发现该复合菌群对滤纸、脱脂棉、微晶纤维素、麦秸秆和木薯渣等原料均能够进行有效的降解.在该复合菌群应用于木薯渣的水解过程中,监测发现纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等关键酶的酶活力分别在第2～3 d达到最大值34.4、90.5和15.8U;经过10 d的发酵后,木薯渣中的纤维素、半纤维素及木质素分别降解了79.8%、85.9%和19.4%,且木薯渣的失重高达61.5%;此外,代谢产物主要是乙酸、丁酸、己酸和甘油;而溶解性COD、总糖和总挥发酸的变化表明第2 d时木薯渣的水解率最高.上述结果表明,该复合菌群能够有效地水解木薯燃料酒精生产过程中的废弃物木薯渣,并有望用于木薯渣高效沼气发酵的前处理中.     

农业废弃物秸秆用于道路抑尘剂制备的研究

以玉米秸秆为主要原料,采用纤维素酶对其进行酶解,通过添加环境友好型助剂,制备出一种可用于道路扬尘控制的环保型道路抑尘剂.采用响应面法优化制备了该抑尘剂,并对所制备抑尘剂产品的吸湿保湿性能及表面张力等参数进行了测试表征;以抑尘剂吸水率为评价指标,确定木聚糖酶、酸性纤维素酶、纤维二糖酶和β-葡聚糖酶的最佳质量比为2∶2∶1...     

基于能值方法的甘薯燃料乙醇产业生态系统分析

发展燃料乙醇已成为替代能源战略下的成熟模式,但传统燃料乙醇生产的污染问题严重影响了燃料乙醇的生存和发展,因此建立以燃料乙醇生产为核心企业,包括由原料种植者、乙醇生产者、分解者、资源回收利用者等一系列利益相关者组成的产业生态系统,已成为燃料乙醇可持续发展的有效途径. 根据燃料乙醇生产过程中对废物处理和资源化利用情况,将其划分成传统生产方案(方案Ⅰ)、废物处理生产方案(方案Ⅱ)和产业生态系统方案(方案Ⅲ),并采用改进后的能值分析方法及指标体系对3种生产方案进行比较分析. 结果表明:与方案Ⅰ相比,通过废物处理和中水回用,方案Ⅱ的ε_EYR(能值产出率)提高了59.37%,ε_ELR(环境负荷率)降低了75.39%;延长产业链,增加循环利用方式后,方案Ⅲ比方案Ⅰ的ε_EYR提高了86.19%,ε_ELR降低了82.98%. 3种生产方案的可持续发展能力为方案Ⅰ<方案Ⅱ<方案Ⅲ.      

玉米燃料乙醇生命周期碳平衡分析

玉米燃料乙醇作为化石燃料的替代品,其温室气体排放的多少(净碳排放量)是评价其可持续性的一个重要标准.基于生命周期分析原理,建立了玉米燃料乙醇的碳平衡分析方法.以我国夏玉米燃料乙醇的生产为例,计算了玉米燃料乙醇生命周期的净碳排放量并对其影响因素进行了分析.研究表明:与汽油相比,目前我国夏玉米燃料乙醇的生产并不能明显减少温室气体的排放,为此玉米生产过程中氮肥施用和灌溉以及乙醇转化过程的能耗等方面有待于重点改善.     

产纤维素酶嗜热地芽孢杆菌HTA426的筛选鉴定、酶学性质分析及其应用

为解决现今纤维素酶生产的低效率和高成本问题,以及实现利用木质纤维素废弃物生产纤维素酶的目的,本研究结合羧甲基纤维素钠(CMC)水解圈法和胞外酶活测定法,从嗜热菌资源丰富的温泉区土壤中筛选出一株具有产羧甲基纤维素酶(CMCase)的嗜热地芽孢杆菌HTA426(Geobacillus kaustophilus HTA426).对菌株生产的酶进行酶学性质分析并将菌株应用于以木质纤维素为替代碳源产纤维素酶.采用硫酸铵沉淀法和离子交换层析法对粗酶液进行二级纯化,回收率和纯化倍数分别为10.14%和5.12,纯化后的CMCase的分子量约为40 k Da.其CMCase活性在温度为60℃,pH为7.0下达到最高.培育5 h后,酶的活性在温度为50~70℃下也能保持相对稳定.HAT426菌株能够在已经经过碱处理的甘蔗渣、稻杆及水葫芦为碳源的培养液中生长和生产CMCase.以甘蔗渣为碳源的培养液最适合于生产CMCase,其活性为103.67U·m L~(-1).菌株HTA426是首次报道的具有产纤维素酶能力的嗜热地芽孢杆菌,经纯化的纤维素酶具有广泛的pH适用性(pH 5~8)和良好的热稳定性(50~70℃),在运用于木质纤维素能源化中具有较大潜力.     

外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称）浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率（基于猪粪中挥发性固体含量计算）分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK（对照）组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/（g·d）〕,与CK组相比水力停留时间（HRT）缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型（R2=0.999 2）.研究显示,纤维素酶和α-淀粉酶对促进猪粪厌氧发酵有协同作用,当α-淀粉酶添加量不超过30 mg/g时,α-淀粉酶添加量与甲烷产率呈正相关;当纤维素酶添加量超过10 mg/g时,纤维系酶添加量与甲烷产率呈负相关.      

黑曲霉产纤维素酶发酵条件的优化及酶学性质研究

本文用单因素实验和响应面法对黑曲霉B3菌株产纤维素酶培养条件进行了优化,确定了黑曲霉B3产纤维素酶的最优条件:小麦秸秆2.5%,酵母膏2.0%,Mg SO40.1%,KH2PO40.1%,p H 6.3,31.58℃,发酵时间73.08h,接种量为8.004%,150 r/min振荡培养,此条件下黑曲霉B3发酵液的FPA酶活力为153.4 U/m L。将粗酶液初步纯化后,对纯化纤维素酶的酶学性质进行了初步研究,确定了其最适温度为60℃,最适p H值为6.0,Ca2+、Li+、K+等金属离子对其有激活作用,苯甲基磺酰氟(PMSF)对该酶强烈抑制,该酶对底物CMC的Km值和Vmax分别是24.0 mg/m L和0.09 mg/min。     

我国燃料乙醇的生产潜力与发展对策研究

论文测算了我国能源作物和农林废弃物等原料的燃料乙醇转化潜力,发现2015-2030年我国燃料乙醇的理论生产能力将从6 364×10⁴ t 增长到1.18×10⁸ t,可行的产量水平将在1 387.9×10⁴ t 以上。如果能实现这一产量,将在很大程度上缓解我国的石油供求矛盾。今后提高燃料乙醇生产能力的可行策略主要有以下方面：加强边际土地资源评估和开发,促进能源作物的规模化利用,通过利益引导加强秸秆能源化利用,延长林木采伐加工产业链,在农村地区发展沼气等新型能源替代薪柴。     

木薯燃料乙醇的碳效应分析

出于能源安全的考虑及对温室气体减排的关注,世界各国近些年大力发展生物液体燃料,我国政府提倡以木薯等非粮作物为原料生产燃料乙醇。一直以来科学家们对生物液体燃料的碳效应争论激烈,争论的焦点在于原料种植对土壤碳库的影响及不同技术条件下副产品利用的评估。论文通过建立碳平衡分析模型,将原料种植对土壤碳库影响及副产品利用的替代效应纳入研究体系,评估了我国木薯燃料乙醇生产各个环节的碳排放,研究结果显示:木薯原料种植环节碳排放主要来自氮肥的使用及对土壤碳库的破坏;木薯燃料乙醇加工转化环节碳排放主要来自蒸馏和脱水过程能源消耗,改进加工转化技术对减少此环节碳排放至关重要;木薯燃料乙醇运输及储存过程碳排放较小。在现有生产技术条件下,生产单位质量(1 kg)木薯燃料乙醇平均碳排放为0.647 kg。以汽油的碳排放为参照,在目前技术水平条件下,我国木薯燃料乙醇碳排放呈现负效益;采用较为先进的双酶法中温喷射液化-大罐浓醪间歇发酵-多塔多耦合差压精馏和分子筛变压脱水技术,则其碳排放为汽油的90%;倘若能避免对土壤碳库的破坏,则这一比例下降到64%。因此,为了促进我国木薯燃料乙醇的发展,减少木薯燃料乙醇生产的碳排放,首先应该引导农民合理施肥,利用边际土地种植木薯,不转换林地、草地等土地类型的利用方式,减少对土壤碳库的破坏;此外,要开发高效节能的燃料乙醇转化技术并加强对副产品的二次利用。     

利用柑桔加工过程中的废物生产纤维素酶发酵饲料

利用柑桔加工过程中废物提取有用物质后 ,再进行固体发酵生产纤维酶发酵饲料的研究 ,筛选到一株具有较高纤维素酶的青霉菌株。其最适固体培养基配方为 :桔皮∶豆饼∶麸皮 =15∶1∶1,碳酸铵质量分数为 3% ,物料∶水 =2∶1,pH值为 4 5 ;最佳产酶条件为 :培养温度为 30℃ ,培养时间为 84h左右。为柑桔加工过程中所产的废物提供了一条变废为宝 ,解决环境污染的新途径。      

纤维素酶气相双动态固态发酵

为了充分利用纤维素酶固态发酵的优势,提出了纤维素酶气相双动态固态发酵的方式.研究结果表明:在优化条件下(最佳压力脉冲范围、脉冲频率及气体内循环速率),发酵温度得到较好地控制,9.0cm高的填料层中最大温度梯度为0.12℃/cm;以汽爆秸秆为底物,发酵水活度得到较好的保持;动态培养发酵周期(60h)比静态发酵周期(84h)缩短了 1/3,酶活(20.36IU/g)比静态酶活(10.82IU/g)提高了1倍,压力脉动固态培养的料层上中下微生物生长状况均匀一致,且疏松,而静态固态发酵的料层中部几乎没有菌体生长利用气相双动态固态发酵可为纤维素酶大规模生产奠定基础.     

浅析乙醇汽油装车安全措施

乙醇汽油是乙醇与汽油以一定比例混合而形成的混合物。乙醇汽油在全世界得到了广泛应用,是解决当前能源危机的一个重要手段,我国主要生产使用乙醇含量为10%的车用乙醇汽油。近几年我国发生了多起乙醇汽油装车过程     

外源酶对秸秆堆肥进程的影响及腐熟度模糊评价

为探讨外源酶制剂对秸秆堆肥腐熟进程的影响,通过模拟堆肥试验研究了分别添加纤维素酶、蛋白酶,以及纤维素酶与蛋白酶混合添加情况下堆肥各项指标的动态变化规律,并利用模糊综合评价法对堆肥腐熟度进行了评价.结果表明,纤维素酶与蛋白酶配合使用对堆肥中纤维素的降解及氮素释放都有较强的促进效果,与对照处理相比,纤维素含量降低了14.9%,C/N降低了18.4%,发芽指数提高了6.0%;单施外源纤维素酶主要是促进了纤维素类物质降解速率,显著提高了发芽指数;单施外源蛋白酶则显著促进了含氮物质的分解,铵态氮及硝态氮含量提高;通过对E4/E6、NH+4-N、NO-3-N、C/N、发芽指数等指标进行模糊综合评价,得出纤维素酶与蛋白酶的配合使用对于促进堆肥腐熟效果最佳,其次是纤维素酶堆肥和蛋白酶堆肥,常规堆肥腐熟程度最低.可见,纤维素酶与蛋白酶配合使用对堆肥腐熟有更好的促进效果,可以推测外源纤维素酶和蛋白酶对于促进堆肥腐熟具有协同作用.