臭氧预处理对大麦秸秆的产氢的影响.doc

臭氧预处理对大麦秸秆的产氢的影响 摘要： 探讨了臭氧技术在麦秆木质纤维素生物产氢中的应用。臭氧预处理有效地降解秸秆木质素和还原糖产量增加。一个同时进行酶水解和厌氧生物发酵（暗发酵）（dark fermentation）的实验需要厌氧酶混合在糖化酶中一起使用。未处理和臭氧样品都能产氢。相比与对照组，由臭氧组产生的氢15，30，45和90分钟，分别增加了99％，133％，166％和94％。臭氧样品中观察到90分钟时，对产氢有一定的抑制作用，而且是由发酵微生物产生的抑制，而不是糖化酶。这些结果表明，从大麦稻草，木质纤维素生物质中生物制氢，臭氧预处理可以显着提高生物产氢量。 关键字： 生物产氢 臭氧预处理 大麦秸秆 木质素降解 厌氧生物发酵（暗发酵） 1 引言 生物产氢已经吸引了全世界的关注，因为氢是一种潜在的取之不尽，用之不竭，成本低，可再生的清洁能源(Ren et al., 2009)。有不同的生物产氢的方法，其中厌氧微生物发酵（黑发酵）是更有利的，因为产率高，过程简单和低价值的废物做进料的利用率(Guo et al., 2010; Hawkes et al., 2007; Ntaikou et al., 2010)。氢气和乙醇都可以通过发酵过程产生，然而，已经表明从生物质发酵中产氢比产乙醇更有优点。因为产生氢的微生物，可以使用更广泛的纤维素水解产物，和主要基于酵母产乙醇的微生物相比。(Nasirian et al., 2011; Hawkes et al., 2002). 此外，氢是高能量的，具有高能量的产率为122千焦/克，这是烃类燃料的2.75倍以上(Kapdan and Kargi, 2006; van Groenestijn et al., 2002). 事实上，近年来已报道越来越多的研究工作进一步致力于生物乙醇转化为氢。(Ni et al., 2007; Iulianellia and Basile, 2011). 现在被认为是最有前途的生物产氢，在进行一系列的燃料进化技术。(Das, 2009)。 在现有的微生物发酵产氢的的原料木质纤维素生物质是一个最有吸引力的，由于其低成本，广泛分布在世界各地。(Ren et al., 2009; Guo et al., 2010; Chong et al., 2009; Quéméneur et al., 2012b; Ntaikou et al., 2010). 全球陆地植物和海洋藻类生物合成的纤维素的速率为30109吨每年，要超过世界每年能源消费总量的4倍。木质纤维素生物质产氢的研究进展，不仅能分开食品和生物燃料的生产，也能确保安全的能源供应可再生。 木质纤维素主要由纤维素，半纤维素和木质素构成;在木质纤维素里90%的成分都是干物质，和在木质纤维材料里形成复杂的高分子结构。在三种组要成分中（纤维素，半纤维素和木质素）生物制氢主要由纤维素和半纤维素生产。为了发酵氢，纤维素和半纤维素首先水解成糖; 糖可以用作微生物的底物，并且可以在微生物发酵过程中转化为氢气。However, both cellulose and hemicellulose are rigidly covered by lignin, and lignin hinders cellulose and hemicellulose from enzymatic hydrolysis。为了从木质纤维素生物质中达到高效的生物产氢，一个预处理过程通常是进行的。预处理的目的是去除木质素，以及改变结构和组成上的障碍，以提高消化率和提高酶的水解率，让更多的纤维素和半纤维素的水解成降解糖；产糖量越高，产氢量就越高。 多样化的预处理技术已用于从木质纤维原料生产乙醇，包括物理，化学和生物的方法，以及臭氧应用在这些预处理中。臭氧是一种强氧化剂，可以有效地降解木质素和半纤维素的一部分。然而，到目前为止臭氧技术没有被应用到木质纤维素生物制氢生产中。 臭氧处理是一个有吸引力的预处理方法，因为它在处理后不会留酸性，碱性或有毒残留物；此外，臭氧化反应是在室温和常压下进行的。尽管事实上臭氧本身不会留下任何有毒残留物，然而，目前还不清楚是否能通过臭氧降解木质素；臭氧这个强氧化剂，有可能产生的任何产品，会抑制随后酶水解或微生物发酵，或者两者兼而有之。由于到目前为止，还没有研究臭氧预处理大麦秸秆，木质纤维素生物质，产氢的报道，因此，对此事进行调查，目的是探索臭氧技术应用到木质纤维素生物制氢。 2 实验方法 2.1．大麦秸秆 大麦秸秆取自棚户湾，加拿大安大略湖的一个农场，收到秸秆是干燥 ，切割机瑞驰切割机，型号为SM100。切割的稻草，然后通过2毫米筛，并存储在室温下在密封的塑料袋中，直到所使用。 2.2 臭氧预处理 臭氧化是在一个350毫升的洗气瓶