[發明專利]一種調節秸稈發酵產氫的方法

有效

• 申請號: 201310482059.4
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103484501A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉志丹;張翀;邢新會;李保明;張源輝
• 申請（專利權）人: 中國農業大學;清華大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

技術領域

本發明屬于生物質能源領域，涉及一種降解秸稈發酵制氫的方法。

背景技術

氫氣是生產化工產品和電子產品的重要工業原料，同時氫氣又是理想的清潔能源載體，可以將太陽能、核能、風能、水能、生物質能等能源轉化為氫能，通過生命周期分析，在所有燃料中氫氣有最高的原料靈活性和環境友好性。氫能源經濟由于具有清潔、環保、高效等特點被認為是社會經濟發展的未來模式。

通過生物法可以從生物質資源中獲取氫氣，即生物制氫，具有可持續性和可再生性等優點。秸稈類農業廢棄物是世界上最豐富、最廉價的可再生資源。我國是農業大國，農業廢棄物總量居世界首位，年秸稈量高達7億噸，存在多樣性、分散廣、數量大等特點，目前我國秸稈除了少量用作農村生活能源、還田、牲畜飼料、造紙原料等外，大部分尚未被利用，甚至有相當部分被焚燒，帶來嚴重的環境問題。因此，秸稈制取生物氫氣能在解決農業廢棄物處置問題的同時生產無碳清潔能源，具有重要意義。但是秸稈組分復雜，秸稈制氫發酵水平依然受限于木質纖維素結構的復雜性，通過預處理方法打破秸稈的多層立體結構是實現其梯級資源化利用的前提。汽爆是一種用高溫水蒸汽將原料加熱到一定溫度，維持一定時間之后快速減壓打破秸稈結構并使其水解和液化的方法，是目前秸稈預處理的主要方法之一。而在預處理過程中伴隨著纖維素等的降解一般會釋放發酵抑制物，常見的抑制物包括5-羥甲基糠醛（5-HMF）、糠醛（FUR）等。這些抑制物已發現的作用機理包括影響細胞膜功能，影響微生物生長和糖酵解。因此，抑制物的濃度關系到木質纖維素類物質的應用成本和性能表現。

目前以汽爆秸稈為原料生產能源或化學品的研究一般是首先將汽爆后的濕物料經過烘干或水洗脫毒后再進行實驗。醛類物質被認為是典型的抑制物，非但不能用于后續生化反應，還會產生負面影響。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種調節秸稈發酵產氫的方法，通過調節汽爆秸稈過程中產生的醛類發酵抑制物（糠醛和5-羥甲基糠醛），促進或抑制產氫反應。

本發明的另一目的是提供了一種醛類發酵抑制物在調節秸稈發酵產氫的過程中的用途。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種調節秸稈發酵產氫的方法，它包括如下步驟：（1）對秸稈進行汽爆預處理，（2）將步驟（1）中預處理的秸稈與厭氧污泥一起加入到產氫反應器中，攪拌均勻后進行厭氧發酵，制得氫氣；

在所述步驟（2）中，通過調節醛類發酵抑制物的不同濃度調節產氫反應，反應條件為pH5.5-7，溫度30-50℃，時間為1-5天；

所述汽爆處理的濕秸稈不經烘干或水洗脫毒處理直接進行厭氧發酵；

所述醛類發酵抑制物為5-羥甲基糠醛（5-HMF）和/或糠醛（FUR），在發酵產氫過程中會全部或部分降解。

所述醛類發酵抑制物為：來自秸稈汽爆過程中產生的降解秸稈抑制物5-羥甲基糠醛和/或糠醛，和外源性醛類發酵抑制物。

所述醛類發酵抑制物濃度為：5-羥甲基糠醛10-2000mg/L，糠醛10-2000mg/L。

所述醛類發酵抑制物濃度為：5-羥甲基糠醛100-2000mg/L，糠醛100-2000mg/L。

所述醛類發酵抑制物在以下濃度范圍調節發酵制氫反應：

a.僅加入5-羥甲基糠醛時，濃度為10-500mg/L能促進產氫反應，500-2000mg/L能抑制產氫反應；

b.僅加入糠醛時，抑制產氫反應；

c.同時加入5-羥甲基糠醛和糠醛時，抑制產氫反應。

所述厭氧污泥來源于污水處理廠污泥厭氧消化池，污泥濃度為10-70g/L。

步驟（1）中秸稈汽爆條件為1.4-1.5MPa、200℃、3-5min，秸稈經汽爆后濕物料直接使用。

所述秸稈包括但不限于玉米秸稈、小麥桿、高粱稈等木質纖維素類生物質。

所述醛類發酵抑制物的來源包括但不限于汽爆秸稈。

一種醛類發酵抑制物在調節秸稈發酵產氫過程中的用途，所述醛類發酵抑制物作為秸稈發酵產氫過程中的發酵調節劑，為來自秸稈汽爆水解過程中產生的降解秸稈抑制物5-羥甲基糠醛和/或糠醛。

本發明的有益效果在于：

汽爆是一種秸稈預處理工藝，高溫水蒸汽將原料加熱到一定溫度，維持一定時間之后快速減壓打破秸稈結構并使其水解和液化的方法。汽爆需要水，一般汽爆完的秸稈都要干燥脫水，脫毒。而本發明直接采用汽爆完的濕秸稈，不經過任何脫毒干燥處理。其優點是：