摘 要

本文采用几种不同的方法对秸秆进行预处理，考察了水热预处理、微波预处理和液氮低温预处理对秸秆加氢降解的影响。实验结果表明水热预处理的最佳预处理条件为温度180℃、时间10min、秸秆目数40-60目和搅拌转速400r/min；微波预处理的最佳条件为固液比1:15、反应时间30min、功率为650 W；两种液氮处理方式对固形物降解率效果相近。三种预处理方式对秸秆加氢降解影响较大，液氮预处理秸秆后，与未经预处理相比，秸秆中纤维素和半纤维素的转化率分别提高了1.82%和7.96%。

关键词：秸秆 预处理 微波 水热 液氮

Study on the Process of Rice Straw Pretreatment

Abstract

Effects of hydrothermal pretreatment, microwave pretreatment and liquid nitrogen low te-mperature pretreatment on the hydrogenation of straw were investigated by several different methods. The results showed that optimum pretreatment conditions of hydrothermal pretreatment were temperature 180 ℃, time 10 min, straw mesh 40-60 mesh and stirring speed 400 r/min.The optimum conditions of microwave pretreatment were solid-liquid ratio 1:15, reaction time 30 min, the power was 650 W. The effects of two liquid nitrogen treatments on the degradation rate of solid matter is similar. The results showed that the conversion rates of cellulose and hemicellulose in the straw were increased by 1.82% and 7.96%, respectively, compared with those without pretreatment after pretreatment of straw with three kinds of pretreatment methods.

.Key words: straw ;pretreatment ;microwave ;hydrothermal; liquid nitrogen

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 秸秆成分简介 1

1.3 秸秆的预处理方法 1

1.3.1 物理法 2

1.3.2 化学法 2

1.3.3 物化法 3

1.3.4 生物法 4

1.4 本课题研究的目的与意义 4

第二章 实验材料与方法 6

2.1 实验材料与仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.1.3实验试剂 6

2.2 实验方法 7

2.2.1秸秆的前期处理 7

2.2.2水热预处理 7

2.2.3微波预处理 7

2.2.4液氮法 7

2.2.5 秸秆加氢降解 8

2.2.6 分析测定计算方法 8

第三章 实验结果与讨论 10

3.1 水热法对秸秆预处理的影响 10

3.1.1温度对秸秆预处理的影响 10

3.1.2时间对秸秆预处理的影响 10

3.1.3 转速对预处理效果影响 11

3.1.4 秸秆目数对秸秆预处理的影响 12

3.2微波对秸秆预处理的影响 13

3.3液氮对秸秆预处理的影响 14

3.4 三种预处理方法的比较 14

第四章 实验结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2展望 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 前言

近半个世纪以来，人类产业数量呈爆发式增长，能源消耗量超过了过去几百年的使用量，地球蕴含的资源已被人类索取近空。为了应对一严峻问题，开发新型可再生能源来部分替代石油等化石资源^[1]已刻不容缓。秸秆因其量大、便宜且转化为产物时对环境污染小、而且可再生而受到更多的关注。稻草等植物的秸秆是目前含量较高的生物能量载体，每年产生的秸秆中所蕴含的能量足够我们全中国的能源消耗。但目前秸秆的主要处理方法是就地焚烧，这种处理方式大大浪费了其的能量，还对环境造成了危害，因此开发利用秸秆资源对社会和经济的可持续发展有非常重要的意义^[2]。

1.2 秸秆成分简介

秸秆主要成分是纤维素、半纤维素、木质素三大部分，含量为（36.5%-38.6%）、（38.0%-38.8%）、（12.3%-17.6%）^[3]，还包括少量的蛋白、脂肪、水。余下的部分大都为无机盐类的物质，我们用灰分来囊括这些物质，含量约为6%。植物细胞壁是致密的保护结构，其中它的主要组成部分是纤维素，由葡萄糖等糖类组成的纤维素不溶于有机溶剂，在水里的溶解度也很低。纤维素是自然界中最常见的一种多糖。半纤维素是植物细胞壁中与纤维素紧密结合的几种不同类型的多糖混合物，包括木聚糖、木葡聚糖和半乳聚糖、甘露聚糖等。木质素是一种含有氧化苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物，用于形成纤维支架，具有强化木质纤维素的作用。

欲对稻草秸秆进行充分利用，就必须破坏木质素和半纤维素形成的致密保护结构，这样才能使催化剂与镶嵌其中的纤维素充分接触从而进行破坏。因此，对初始料进行合理的预处理是必不可少的^[4]。

1.3 秸秆的预处理方法

秸秆的预处理方法主要分为物理法、化学法、物化法和生物法，其中物理法分为机械法^[5]、氨冷冻爆破法超声法和液氮法；化学法包括酸法、碱法和有机溶剂法。物化法的种类有水热预处理法、微波法^[6]、蒸汽爆破法；生物法种类较少。

1.3.1 物理法

1.3.1.1 机械法

用机械研磨法可以破坏植物细胞壁的外表层结构，还能改变纤维素的微观结构。经粉碎预处理，反应性能和糖化率均有所改善，且能促进酶的水解反应。物料粉碎后秸秆体积变小，接触反应面积变大，反应更加充分彻底，因而有利于增加基质浓度，从而提高反应效率。机械法的耗能是所有预处理方式中耗能最高的，但其效果一般，故不单独采用。研究者一般都与其他的预处理方式结合，进而提高反应效率。

1.3.1.2 液氮法