微波處理對(duì)水稻秸稈酶解性能的影響研究開(kāi)題報(bào)告

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1、開(kāi)題報(bào)告微波處理對(duì)水稻秸稈酶解性能的影響研究1選題的背景和意義能源是當(dāng)今社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，浙江省90％的能源依靠外部輸入，而我省氣候溫和，生物質(zhì)資源較為豐富，尤其以農(nóng)林固體廢棄物最為大宗，如秸稈資源，根據(jù)浙江省統(tǒng)計(jì)局的資料表明，2006年全省秸稈總量超過(guò)1000萬(wàn)噸，相當(dāng)于500萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。實(shí)際上秸稈資源的合理利用率很低，如玉米秸稈，42％過(guò)腹還田或直接還田，30％作為農(nóng)用燃料，8％作工業(yè)或其他用途，20％未被利用。農(nóng)村秸稈直燃造成大量溫室氣體排放而能量未被合理利用，與中國(guó)政府當(dāng)前提出的減碳目標(biāo)（

2、到2020年中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%）不符。因此，合理利用農(nóng)林固體廢棄物尤其是秸稈資源進(jìn)行生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)，一方面可以改變我省能源結(jié)構(gòu)，提升能源自給能力，另一方面是對(duì)廢棄物的資源化利用，可以提高農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的利用價(jià)值，增加農(nóng)民收入，同時(shí)改善農(nóng)村環(huán)境條件。秸稈能源化利用途徑中目前最為可行的就是進(jìn)行生物發(fā)酵制備沼氣，浙江省長(zhǎng)期致力推廣農(nóng)村戶用沼氣池的使用，全省農(nóng)村已建戶用沼氣池?cái)?shù)量超過(guò)20萬(wàn)戶，正常使用可代替標(biāo)準(zhǔn)煤5萬(wàn)噸，并且每年新建戶用沼氣池上千戶。但是，從目前的實(shí)際情況來(lái)看，全省

3、已建的農(nóng)村戶用沼氣池，大部分都處于非正常使用或停用狀態(tài)。主要原因是大部分戶用沼氣池在使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、氣量不足、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率過(guò)低、沼渣殘留量大等問(wèn)題，居民不能正常用氣，且沼氣池維護(hù)的工作量大，因此嚴(yán)重影響居民使用沼氣的積極性。秸稈生物氣化過(guò)程中出現(xiàn)以上情況的共同原因在于秸稈基質(zhì)缺乏方便有效的前處理，其復(fù)雜而穩(wěn)定的天然結(jié)構(gòu)不能被快速破壞，產(chǎn)氣微生物菌群難以轉(zhuǎn)化秸稈中的纖維素和半纖維素，導(dǎo)致戶用沼氣池在實(shí)際使用過(guò)程中產(chǎn)氣速度慢、周期長(zhǎng)、效率低。本實(shí)驗(yàn)利用簡(jiǎn)單易行的物理微波輻射前處理方法，改變和破壞秸稈

4、穩(wěn)定的天然結(jié)構(gòu)，尤其是破壞外層的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，使纖維素酶和半纖維素酶易于到達(dá)內(nèi)層，提高秸稈的生物轉(zhuǎn)化效率。2相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理是提高秸稈的利用率和產(chǎn)氣率的一種有效的手段,成為目前秸稈沼氣利用研究的重要內(nèi)容。秸稈預(yù)處理研究體現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)和質(zhì)地改善兩個(gè)方面。營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)通常是調(diào)整碳氮比。質(zhì)地改善,主要有物理、化學(xué)和生物手段,7它們都是通過(guò)一定措施改善秸稈質(zhì)地和結(jié)構(gòu)。張曉昱等用NaOH、H2O2組合處理玉米秸稈，結(jié)果表明，NaOH濃度為7g/L，H2O2體積分?jǐn)?shù)為0.7%，底物濃度為50g/L，處理時(shí)

5、間為24h，玉米秸稈的還原糖產(chǎn)量達(dá)到了0.417g/g，糖化率為74.73％。而將大豆秸稈用氨水室溫浸泡一定時(shí)間后，經(jīng)紅外光譜、X－射線和掃描電鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)氨水處理對(duì)纖維組成、形態(tài)、結(jié)晶區(qū)都有一定程度的破壞，秸稈表面變得疏松，出現(xiàn)了部分微孔，有利于纖維素酶的作用，并且秸稈中纖維素相對(duì)含量提高了70.27％，半纖維素含量下降了41.45％，木質(zhì)素含量下降了30.16％，秸稈的酶解產(chǎn)糖量得到提高[9]。其他的化學(xué)試劑如不同濃度的鹽酸、亞硫酸、甲酸、氫氧化鈉、雙氧水和氫氧化鈉混合液、硫化鈉與碳酸氫鈉混合液等均有破壞秸稈

6、和其他木質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的能力。趙林果等將稻草秸稈經(jīng)白腐菌發(fā)酵，然后利用黑曲霉所產(chǎn)的纖維素復(fù)合酶進(jìn)行酶解，結(jié)果表明，稻草外表上的硅質(zhì)瘤狀結(jié)構(gòu)脫落，細(xì)胞壁出現(xiàn)大范圍破損，整個(gè)秸稈組織變得松散，加快了秸稈的腐熟。國(guó)外現(xiàn)在研究較多的是白腐真菌對(duì)木質(zhì)材料的生物降解，白腐菌屬于真菌門(mén)擔(dān)子菌綱，包括燁多孔菌、云芝、黑褐色刺孢菌、漏斗狀側(cè)耳、粉狀側(cè)孢霉等200多個(gè)品系，它能分解所有的植物聚合物，降解木質(zhì)素，在適宜的條件下，白腐菌首先用其分泌的超纖維氧化酶溶解秸稈表面的蠟質(zhì)，然后菌絲進(jìn)入秸稈內(nèi)部并利用其產(chǎn)生的纖維素酶、半纖維素酶、內(nèi)

7、切聚糖酶和外切聚糖酶，降解秸稈中的木質(zhì)素、纖維素成分。在研究白腐菌對(duì)稻草秸稈降解規(guī)律的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，菌體先降解半纖維素和木質(zhì)素，然后降解半纖維素和纖維素，并形成單體為菌體生長(zhǎng)所利用。利用高溫、超聲波、微波等物理手段都能不同程度地破壞木質(zhì)纖維的天然結(jié)構(gòu)，改變其穩(wěn)定性。由于爆破處理設(shè)備簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，因此在造紙業(yè)中廣泛應(yīng)用于木質(zhì)纖維的前處理以生產(chǎn)紙漿。黃崇杏等利用低壓爆破工藝處理蔗渣，發(fā)現(xiàn)爆破壓力、時(shí)間等參數(shù)對(duì)蔗渣中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的影響有所不同，并且證實(shí)了爆破對(duì)木質(zhì)素的破壞作用。蒸汽爆破技術(shù)在處理木質(zhì)纖維

8、時(shí)，能實(shí)現(xiàn)纖維各化學(xué)組分的有效分離，利于降低雜質(zhì)含量，提高纖維素含量。掃描電鏡觀察和圖譜分析表明，木質(zhì)纖維經(jīng)過(guò)蒸汽爆破處理后，其形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，纖維蓬松，比表面積增大，氫鍵減少，結(jié)構(gòu)重排，有利于提高試劑的可及度，增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性能，并且發(fā)現(xiàn)，熱解處理也有相似的效果。3研究?jī)?nèi)容3.1主要內(nèi)容概述71）水稻秸稈的微波處理；2）處理后水稻秸稈的酶解研究；3）處理前后水稻秸稈的材料特性研