微波处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制

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1、分类号：单位代码：密级：学号：学位论文微波处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制研究生：吴春会指导教师：周末教授合作指导教师：杨富裕教授申请学位门类级别农学博士专业名称草业科学研究方向所在学院云力■斗報鮮完年月分类号：单位代码：密级学号：学位论文微波处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制研究生：吴春会指导教师：周禾教授合作指导教师：杨富裕教授申请学位门类级别农学博士专业名草业科学研宄方牧草生产与利用所在学动物科学技术学院年月ChinaAgriculturalUniversityDissertationMechanismofMicrowavePretreatmentAffectingSwi

2、tchgrassStemforMethaneProductionPh.D.CandidateChunhuiWuSupervisorProfessorHeZhouCo-supervisorProfessorFuyuYangMajorGrasslandScienceJune,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明

3、确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名时间：年彡月《曰关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定。本人同意中国农业大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入《中国博士学位论文全文数据库》或《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行出版，并享受相关权益。保密的学位论文在解密后应遵守此协议）学位论文作者签名絲会时间：年月名日摘要化石燃料为不可再生资源，大量的消耗致使化石能源面临即将枯竭的局面。生物质能源作为化石燃料的替代能源降低了人类对化石燃料的依赖性。木质

4、纤维素原料是一种储量大且易得的可再生资源，将木质纤维素高效转化为沼气等生物质能源产品已是当前的研究热点。因而，木质纤维素的预处理技术成为提高生物质转化效率的焦点之一。本试验以研究微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产甲烷的影响机制为目标，从微波预处理对柳枝稷的溶解性、结构变化和可及性的影响三方面进行剖析，并从水解动力学的角度探讨微波预处理对提高柳枝稷中木质纤维素有效利用的作用，从而明确微波预处理技术对木质纤维素的作用机理。试验主要分为三部分。微波预处理后柳枝稷特性的变化。以柳枝稷品种茎秆为试验材料，分别采用不同的微波加热终温（、°、°和°和°终温保持时间（、、、、对样品进行微波预处理。结果表明

5、，微波预处理均显著提高了柳枝稷的溶解性，。预处理样品的挥发性固体溶解率提高最大，达；微波预处理改变了柳枝稷的结构，使得固体表面形成孔洞；预处理后柳枝稷样品比表面积显著增加，°微波处理可提高细胞壁比表面积可及性增强；但微波处理提高了柳枝稷纤维素结晶度。微波预处理对木质纤维素有效利用的影响。将微波预处理后的柳枝稷囿体组分分别进行厌氧发酵，每个处理组按发酵时间进行动态取样，测定厌氧发酵体系中挥发性固体和纤维素的降解过程，形成水解动力学方程，通过比较各处理间的水解动力常数，判断挥发性固体以及纤维素在厌氧发酵过程中水解速率的大小。结果表明，微波预处理可提高厌氧发酵过程中挥发性固体以及纤维素的水

6、解速率，促进挥发性固体以及纤维素的降解。相关分析表明，柳枝稷结构的改变和比表面积的增大是挥发性固体和纤维素水解速率提高的主要原因。微波预处理对柳枝稷厌氧发酵产沼气的影响。对微波处理后的柳枝稷固液混合物和固体组分分别进行厌氧发酵产沼气试验，测定甲院产量以及挥发性固体和纤维素的降解效率。结果表明，微波预处理提高了柳枝稷的甲烷产量，°处理后的固液混合物甲焼产量最高，为，较对照提高同时，微波预处理后的固体组分厌氧发酵后，甲烷产量均比浸泡组高。除°微波处理外，固液混合物的甲烷产量均高于固体组分。除°处理后的固液混合物外，微波预处理均显著提高了固液混合物和固体组分在厌氧发酵过程中挥发性固体和纤维

7、素的降解效率。相关分析表明，溶解性的增强和厌氧发酵过程中木质纤维素水解速率的提高是甲烧产量增加的主要原因。综上可得如下结论：微波预处理对木质纤维素特性的影响主要体现在以下三方面：溶解性提高；结构发生改变；比表面积增大、可及性增强。微波预处理通过改变柳枝稷的结构以及提高其可及性促进厌氧发酵过程中木质纤维素的水解。微波预处理通过提高柳枝稷的溶解性和厌氧发酵过程中木质纤维素的水解增加甲烷产量。’关键词：柳枝稷，微波，木质纤维素，厌氧发酵，沼气AbstractFo