秸秆类生物质结合暗发酵-mec两阶段过程高效产氢的研究

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1、Athesis(dissertation)submittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTheResearchonHighEfficientHydrogenProductionfromCornStalkBiomassbyIntegratingDarkFermentationandMicrobialElectrolysisCellByXiao—HuLiSupervisor：Prof．Yao-TingFanMajor：AppliedChemistryTheCollegeOfChemistryandMolecu

2、larEngineeringMay2014学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位敝憾沙玉日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权郑州

3、大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：芬太k日期：年月摘要暗发酵生物制氢具有产氢速率高、设备简单、易操作的特点。但底物转化效率低以及氢发酵废水所造成的二次污染问题是亟待解决的技术瓶颈。微生物电解池技术(microbialelectrolysiscell，MEC)可以将发酵废水中的挥发性脂肪酸(Ⅵ谴s)和醇高效转化为氢气，提高生物质的氢气产率。

4、本文以提高秸秆类生物质产氢量为出发点，结合暗发酵和单室双阳极微生物燃料电解池两步过程将秸秆废弃物高效转化为氢气，对关键的过程参数进行了优化。具体内容如下：1．在暗发酵产氢阶段，以20鲈酸解玉米秸秆为底物，利用微波辐射1．5min预处理的牛粪堆肥为菌源，在Na2C03添加量800m妒和Fe添加量400mg／1的条件下，得到最大氢产量为129．8mLH2／g．cornstalk，平均产氢速率为1．73ITl3

5、心

6、ao2．在MEC产氢阶段，以乙酸钠为单一底物在微生物燃料电池(microbialfuelcell，MFC)中驯化富集产电微生物。然后以氢发酵后的废水作

7、为MEC的底物产氢，考察了废水浓度对产氢的影响，结果表明：在0．8V外加电压下，当发酵废水COD浓度约为4000mgm时，MEC最大产氢速率为3．434-0．12m3／m3／d，基于电能输入的能量效率为1664-10％，乙酸的去除率达到90-4-2％，丁酸去除率仅为4-4-2％，COD去除率为44-4-2％。玉米秸秆结合两步产氢的累积产氢量为387．1mLH2／g．cornstalk。3．进一步探索了在MFC中以丁酸为单一底物驯化富集产电微生物，考察了该类产电微生物对废水中VFAs和醇的降解及MEC的产氢特性。研究发现：在0．5V外加电压下，当发酵废水COD

8、浓度约为9200mg／L时，MEC产氢速率为2．414-O．12m3／m3／d，氢发酵废水中的乙酸、乙醇、丙酸去除率达到90％以上，丁酸去除率达到39．3％，废水COD去除率达到68％，两步产氢后玉米秸秆的累积产氢量为408．4ml／g．cornstalk。关键词：玉米秸秆；暗发酵；微生物电解池；氢气：AbstractBio-H2productionthroughdark-fermentationfromvariouscropcastoffsasfeedstockisconsideredtobeafeasiblemethod．However,thelowco

9、nversionefficiencvofsubstrateandtheproblemofeffluentpollutionareaseriouschallengethroughoutthedarkfermentation．Theeffluentfromdarkfermentationconsistedchienvofvolatilefattyacids(WAs)andalcohols．Microbialelectrolysiscell(MEC)canconverrtheVFAsandalcoholsintohydrogengas．Inthisstudy,th

10、eenhancedH2productionfromc