秸杆工业化制沼气中乙酸与金属盐协同预处理及酸发酵液回用机理与方法研究

秸秆工业化制沼气是有效利用农村秸秆等生物质资源，缓解能源危机，避免环境问题有效且现实的途径。目前秸秆制沼气过程中存在发酵效率低、成本高等难题，高效合理的预处理技术是解决这两个难题的关键。本项目在已确认了乙酸铁离子协同促进秸秆预处理效果的基础上，通过乙酸与铁盐、镁盐、锌盐等金属盐协同对农作物秸秆进行预处理，解明过程中金属盐与乙酸协同作用机理，建立反应的动力学模型，进一步尝试生物产酸发酵液回流替代乙酸进行秸秆预处理的方法，掌握酸发酵液对预处理效果以及水解液的组成对厌氧发酵产沼气过程的影响规律，优化工艺条件，探索一种适用于秸秆工业化制沼气过程中的新型预处理方法。该项目研究旨在解决由无机酸预处理用于沼气生产过程存在的成本和生物毒害的问题，通过酸发酵液的回流使用，降低处理成本，彻底解决无机酸的生物毒害问题，为促进秸秆工业化产沼气提供一条经济高效的技术途径和理论支持。

目前秸秆制沼气过程中存在发酵效率低、成本高等难题，高效合理的预处理技术是解决这两个难题的关键。通过对乙酸、金属盐、乙酸与金属盐协同对农作物秸秆预处理，考察了乙酸或金属盐作为单一催化剂，乙酸与金属盐协同作用的预处理效果，并建立了反应动力学模型。结果表明，低浓度乙酸作为单一催化剂对秸秆水解具有较好的催化作用。证明了FeCl2等金属盐对秸秆催化水解确实有促进作用。探讨了氯化铁及甲酸在不同浓度下对纤维素转化率及水解液成分的影响。研究了Fe(NO3)3作为助催化剂与乙酸的协同作用效果。发现与单独乙酸预处理相比，Fe(NO3)3助乙酸催化预处理秸秆时可以提高低浓度乙酸预处理秸秆的水解反应效率，促进葡萄糖和木糖的得率，抑制水解产糖继续降解。 探讨了不同水热条件下水解液的酸化特性，结果表明，糖类物质的酸化速率比糠醛类物质快，但产酸量没有区别。发酵类型与投加的水解液组成和发酵时的环境条件有关。 针对秸秆发酵过程中存在的发酵速率慢、转化率低以及处理成本高等问题，研究了秸秆在不同物理及化学贮存条件下的变化特性，发现使用甲酸或乙二醇作为化学添加剂比冷藏低温处理对于植物木质纤维化过程的抑制作用更有效，且乙二醇的青贮效果更好。研究单一氢氧化钠溶液以及氢氧化钠与不同添加剂（PEG、尿素、硫脲和吐温-80）的混合溶液对秸秆木质素去除效果；氢氧化钠与不同添加剂的混合溶液的优化条件为0.1%尿素+0.83%氢氧化钠溶液。