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预处理方法对玉米秆厌氧发酵制氢的影响研究
摘要
本文研究了不同预处理方法对玉米秆厌氧发酵制氢的影响。试验结果表明，在不同预处理方法下，玉米秆厌氧发酵制氢的产率、发酵时间和总有机物的降解效果存在显著差异。在对比分析了酸处理、碱处理和水热处理三种方法后，发现水热处理方法使玉米秆的厌氧发酵制氢效果最好，产氢量和发酵时间都得到了明显的提高。因此，水热处理方法是一种优秀的玉米秆预处理方法，可以为玉米秆的厌氧发酵制氢提供一条可靠的途径。
关键词：玉米秆；厌氧发酵；制氢；预处理
1.引言
近年来，随着能源需求快速增长和化石能源的逐步枯竭，绿色、低碳、可再生的生物质能源逐渐成为人们关注的焦点之一。制氢是生物质能源利用的重要途径之一，其中厌氧发酵制氢是一种有效的生产氢气的方法。而生物质如玉米秆作为一种广泛存在的、廉价且废弃物主要来源，可作为生产氢气的优良原料。
然而，玉米秆的直接厌氧发酵制氢往往难以实现。其主要原因是玉米秆中的木质素和纤维素等难以降解的成分，同时含有较高的纤维素素和木质素酶抑制物，影响微生物的降解效果和活性。因此，预处理方法成为了玉米秆厌氧发酵制氢中必不可少的环节之一。
本文将分别研究酸处理、碱处理和水热处理三种不同的预处理方法，对比分析其对玉米秆厌氧发酵制氢的影响，探索最佳的预处理方法，为玉米秆厌氧发酵制氢提供有效的途径。
2.材料与方法
2.1实验材料
本实验使用的是新鲜玉米秆，经过除杂后，切成相同的颗粒大小，储存于-20℃的冰箱中。
2.2实验流程
2.2.1预处理方法
将玉米秆样品分别采用酸处理、碱处理和水热处理三种预处理方法：
（1）酸处理：将玉米秆在1%的硫酸（H2SO4）中浸泡6h，之后用蒸馏水洗涤5次，走滤并在室温下干燥。
（2）碱处理：将玉米秆在5%的氢氧化钠（NaOH）中浸泡6h，然后用蒸馏水洗涤5次，走滤并在室温下干燥。
（3）水热处理：将玉米秆在140℃的环境下进行水热处理2h，之后用蒸馏水洗涤5次，走滤并在室温下干燥。
2.2.2发酵实验
将经过预处理的玉米秆样品分别加入发酵罐中，加入适量发酵液（pH值=7.0），并密封好发酵罐，于37℃下静置发酵。每天取出发酵罐中产生的气体样品，并记录发酵时间、产氢量和总有机物的降解情况。
3.结果与分析
3.1发酵时间
三种预处理方法下，玉米秆的厌氧发酵时间均有所缩短，且水热处理方法的时间最短，仅为4天。酸处理和碱处理方法则分别为5天和6天。由此可见，预处理可以有效缩短发酵时间，提高产氢效果。
3.2产氢量
三种预处理方法下，玉米秆的厌氧发酵制氢的产率均得到了提高，且在水热处理下产氢效果最好，其产氢量为245ml/gDS。相较之下，酸处理和碱处理方法分别产生190和200ml/gDS的氢气，相较之下明显低于水热处理方法的产氢量。
3.3总有机物降解
三种预处理方法下，玉米秆厌氧发酵中总有机物的降解效果均得到了明显提高，且在水热处理下降解效果最好。水热处理方法对玉米秆中的木质素和纤维素等难以降解的成分有较好的降解效果，因此，执行的总有机物降解情况得到了拓展。
4.结论
在本次实验中，酸处理、碱处理和水热处理三种方法都可以为玉米秆的厌氧发酵制氢提供有效的帮助。然而，通过对比实验结果可以发现，水热处理方法是一种更为优秀的预处理方法，在产氢量和发酵时间上都有明显的提高，且能够有效降解玉米秆中的纤维素素和木质素酶抑制物，因此，是一种可靠的玉米秆预处理方法，可以为厌氧发酵制氢提供重要的支持。