我国秸秆沼气工程发展现状与趋势

秸秆沼气的发展不仅可实现农业废弃物资源循环利用、改善农村环境和温室气体减排,而且还能解决畜禽粪便沼气工程面临的地域与原料限制问题,受到全国范围的广泛重视。文章简述了我国现有的秸秆沼气工程的工艺技术种类和特点,介绍了秸秆沼气发展中存在的问题,并展望了秸秆沼气的发展趋势。

复合菌剂和NaOH预处理提高秸秆厌氧消化性能

为提高纤维素类原料厌氧消化性能,降低处理成本,该研究采用复合菌剂和2%、4%、6%、8%NaOH(以玉米秸秆干物质质量计)对以玉米秸秆为代表的纤维素类发酵原料进行预处理,研究不同预处理方式对纤维素等成分的含量、厌氧消化性能和生产成本的影响。试验结果表明,经复合菌剂和NaOH处理后,秸秆的木质素、纤维素和半纤维素总含量显著降低,产气量和产气效率提高,其中,添加6%NaOH的预处理方式效果最佳,复合菌剂次之,与未处理相比,单位干物质质量产气量从120.70mL/g分别提高到374.30和334.76mL/g,厌氧消化时间从大于30d缩短到18和19d。采用复合菌剂和2%、4%、6%、8%NaOH预处理生产沼气所需的可变成本分别为0.72、0.80、0.98、1.09和1.57元/m3。综合考虑产气效率和生产成本,复合菌剂预处理由于具有较低的处理成本、较高的产气效率和较短的消化时间更利于推广应用。

新型燃料电池用质子交换膜研究进展

传统的全氟磺酸膜Nafion 、Dow质子交换膜、Flemion 等目前在质子交换膜燃料电池中的应用最为广泛 ,但在高温条件下以氢或甲醇作为燃料的燃料电池中 ,其性能受到一定的影响 ,且这类膜价格昂贵 ,不利于推广应用 ,阻碍了燃料电池的商业化进程。因此 ,开发一种新型的价格低廉、性能良好的膜是推广应用此类电池的关键。本文简要介绍了目前各国研究的应用于高温条件下 (10 0～ 16 0℃ )质子交换膜燃料电池与直接甲醇燃料电池中的新型膜 ,对它们的质子传导率。

接种物与猪粪秸秆比对初次启动固体酸化过程的影响

为优化猪粪和秸秆混合物固体酸化的启动条件,该研究分别以碳氮比为11.9、16.0、17.8和22.2的猪粪、秸秆混合物为原料,消化污泥和活性污泥为接种菌,研究厌氧消化反应启动时污泥种类和碳氮比对固体酸化过程的影响,以探索适于初次启动的产酸相的接种菌和混合比例。结果表明:与消化污泥相比,活性污泥具有较高的降解性能和产酸能力;活性污泥接种条件下,在试验碳氮比范围内,以碳氮比为17.8混合物为原料时,有机酸质量浓度可达14g/L,乙酸、丙酸的质量分数分别在50%和20%左右,挥发性固体降解率达23%,表现出较佳的水解和酸化性能,可以满足初次启动的产酸相的要求。

质子交换膜燃料电池性能及催化剂表征

设计并组装了燃料电池寿命测试系统,对单个质子交换膜燃料电池(单电池)进行了各种寿命测试.在单电池运行过程中记录电池的工作曲线及性能曲线,了解电池的性能变化及运行状况.通过XRD、TEM和SEM等手段对运行时间为200,500,700,1000和2000的三合一膜电极(MEA)中的阴、阳极催化剂分别进行了表征,获得催化剂晶态、表面形态及颗粒大小等变化信息,考察催化剂晶胞参数、颗粒大小等变化对电池寿命及性能的影响.

质子交换膜Nafion~的导电性与物理老化

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEM FC)的核心组成之一,它是一种选择透过性膜,不仅是隔膜材料,还是PEM FC的电解质。N afion膜是目前最常用的质子交换膜之一。本文通过比较三种N afion膜和经过不同单电池运行时间N afion112膜的玻璃化转变温度(Tg)及离子电导率(σ),试图考察物理老化对其导电性能的影响。根据单电池寿命测试结果得到了N afion112膜老化的活化能(ΔH老化)为665.0kJ/m o l。

超声波对固体废弃物酸化过程的调节作用

为缓解固体有机物酸化过程中产生的酸抑制,该文基于有机酸的产生和扩散方式,提出有机酸产物薄膜的假设,并利用超声波直接辐射和改进处理的方法处理酸化基质,比较处理前后酸化基质的物性变化及进一步的发酵性能。试验结果表明,超声波直接辐射可脱附积累在基质颗粒表面的有机酸,使基质发酵10 d的挥发性固体日降解速率从未处理的0.8%提高到1.3%。为强化超声波空化效应和去除有机酸,将基质稀释后超声辐射20 min并增加过滤的改进超声波处理过程可使基质发酵10 d的有机酸增长率、挥发性固体降解率分别从未经超声波处理的166.7%、17.0%提高到732.0%、26.7%。改进超声波处理过程可有效缓解产物抑制,促进固体有机物的厌氧酸化性能,提高酸化速率。

体外消化对β-胡萝卜素大豆分离蛋白纳米颗粒黏液层渗透及跨膜转运的影响机制

纳米载体体内吸收过程复杂,受生物吸收屏障影响,纳米制剂在促进活性分子吸收利用度方面受到质疑。本实验采用大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)制备包埋β-胡萝卜素的植物基纳米颗粒(β-carotene loaded soy protein isolate nanoparticles,BC-SPIs),并通过体外模拟消化模型研究BC-SPIs在消化过程中的结构特性变化。同时,通过Caco2细胞转运模型考察消化条件对消化后BC-SPIs跨膜转运的影响机制。此外,利用含黏液层的Caco2-HT29共培养模型考察消化前后BC-SPIs的黏液层渗透性。研究发现,在消化前,BC-SPIs可以直接通过网格蛋白和小窝蛋白依赖的内吞作用被Caco2单层细胞吸收;而在经过体外模拟消化后,BC-SPIs粒径增大,可以通过网格蛋白依赖的内吞作用、小窝蛋白依赖的内吞作用以及巨胞饮3种内吞形式被细胞直接吸收。消化后的BC-SPIs带有更高的负电荷,跨越黏液层屏障的能力提高了0.48倍,同时β-胡萝卜素的跨膜转运量提高了0.56倍。本研究明确了BC-SPIs在消化前和消化后的不同吸收途径,揭示了BC-SPIs在模拟消化条件下与胆盐互作及尺寸增大对其细胞转运吸收效率的促进作用。这些发现可为进一步提高纳米载体在生物利用度方面的应用潜力提供理论参考,有助于推动纳米技术在药物、保健品等领域的发展。

挥发性有机酸对产沼气效果的模拟试验

两相厌氧生物处理工艺在废弃物资源化利用中得到广泛应用。为了摸清产酸相的主要产物在产气过程中的效应,该文利用甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等4种有机酸模拟产酸过程中的主要酸化产物,以活性污泥为接种物,设计单因素试验和正交试验,研究了在中温条件下,4种有机酸单一作用条件下和混合作用条件下,甲烷日产气量和累积产气量的变化。结果表明:单一有机酸作底物时,存在一个浓度阈值,高于此值会抑制甲烷产生,低于此值,产气效果随着酸浓度增大而提高;有机酸共同存在时,可以产生协同优势,其中乙酸的产气优势高于丁酸,丙酸具有抑制作用;4种单一酸中,单位浓度下乙酸产气效果最好,甲酸产气量最大,甲酸积累不易对发酵过程产生抑制作用,而丙酸累积最易造成抑制。因此,建议在沼气工程中适当调整产甲酸、乙酸和丁酸较多的发酵物料浓度,从而提高产气效率。

畜禽粪便与玉米秸秆厌氧消化的产气特性试验

为设计厌氧消化器的有效容积提供参考,该文研究了不同混合比例下的粪便与秸秆在厌氧消化过程中的膨胀特性,同时在35℃条件下,采用批次模拟厌氧消化,对3种典型畜禽粪便和3种不同贮存方式的玉米秸秆进行中温厌氧产气特性试验,分析了6种典型物料的产气规律。试验结果表明:猪粪在厌氧消化过程中会发生膨胀,且干物质含量越高,膨胀系数越大;3种典型畜禽粪便以猪粪的产气效果最好,干物质产气量达到375.5mL/g;不同贮存条件下农作物秸秆的理化特性对产气特性有很大的影响,3种贮存条件的玉米秸秆以黄贮秸秆的产气效果最好,干物质产气量达到445.8mL/g。该文为物料贮存条件选择和优化厌氧消化工艺提供了依据和参考。

CaO预处理提高玉米秸秆厌氧消化产沼气性能

为探索CaO预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产沼气的影响,采用了3种不同质量百分数的CaO分别在3种不同处理时间下对玉米秸秆进行预处理,并在中温条件下进行了厌氧消化试验。试验结果表明,经过CaO预处理后,玉米秸秆的组分被不同程度破坏,厌氧消化产沼气能力有较大提高,厌氧消化时间有所缩短。综合日产气量、累积产气量、厌氧消化时间等各项参数来看,以5%CaO预处理3d的处理效果最佳,与未经预处理的效果相比,累积产气量提高了136.85%,消化时间缩短了5d,总固体(TS)和挥发性固体(VS)去除率分别提高了21.72%和7.18%,综合效果要优于其他处理组,有效地提高了玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率。

猪粪对秸秆一体化两相厌氧产气的影响

为了研究秸秆与猪粪混合物在一体化两相厌氧消化工艺中的可行性,该文研究了中温条件下,在玉米秸秆原料中添加不同比例的猪粪,对秸秆一体化两相(combined two phase)厌氧消化工艺的影响,同时研究CTP反应器中上、中、下部发酵后物料的产气潜力,以解析CTP中不同部位物料的发酵情况。试验结果表明:添加猪粪可将以纯秸秆为原料的产气量从314L显著提高至500L左右,但会影响反应过程中的pH值、产气和产酸的稳定性,添加体积比为20%的猪粪更能促进发酵性能;CTP反应器不同部位产气潜力试验表明,中部产气量最低,以水解酸化过程为主,下部的产气量最高,以产甲烷过程,20%的猪粪体积添加量在满足CTP工艺要求的同时,更好地促进了两相分区,强化了CTP的优势。

基于微藻养殖的沼液资源化利用与高价值生物质生产耦合技术研究

综述了微藻培养技术研究进展,并分析了沼液作为资源制备微藻生物质可行性,提出了沼液资源化利用与高价值生物质生产耦合工艺技术系统。结果表明,沼液预处理技术、目标藻种筛选技术、微藻规模化培养技术和藻渣高值利用技术是耦合系统的四大关键技术。基于微藻培养技术,该耦合系统促使沼液处理系统从"处理工艺"向"生产工艺"转化,实现了多元功能耦合,即沼液除磷脱氮耦合氮磷回收,沼液净化处理耦合生物能源生产以及CO2的固定耦合沼气净化。

AM真菌和磷对小马安羊蹄甲幼苗生长的影响

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌在退化生态系统恢复与重建实践中具有重要作用。采用盆栽模拟方法,重点分析不同土壤磷条件下小马鞍羊蹄甲(Bauhinia faberi)幼苗接种AM真菌后,幼苗的形态、生物量积累、菌根侵染率和菌根效应(mycorrhizal growth response,MGR)在一个生长季内的动态变化。结果表明,Glomus mosseae和Glomus coronatum能较好地侵染幼苗,两种AM真菌显著地增加幼苗根系、叶片数和生物量;接种AM真菌显著影响幼苗的生物量分配,而土壤磷对幼苗的生物量分配影响不明显,AM真菌和土壤磷对幼苗生长的交互作用显著;G.mosseae是小马鞍羊蹄甲的优势AM菌,其接种的幼苗根长、叶片数、生物量、侵染率和菌根效应都显著高于G.coronatum处理的幼苗;菌根效应显著,接种AM真菌能有缓解土壤磷素缺乏的限制作用,且随着苗龄增大促生作用表现更为明显。不同AM菌种对小马鞍羊蹄甲幼苗生长的促生作用表现出的差异,提示在多元资源限制的干旱贫瘠环境中进行生物修复须为目标恢复物种筛选出高效的优势AM真菌。

N-烷基壳聚糖的合成及其溶致液晶行为

合成了一系列具有不同取代基甲基、乙基、丙基、丁基的壳聚糖衍生物——N烷基壳聚糖,通过控制反应物摩尔比获得了一系列不同取代度的产物.不同取代基及不同取代度的衍生物均具有溶致液晶性,考察了同一碳链不同取代度和相近取代度不同碳链长度的衍生物对其液晶临界行为的影响.结果表明:同一碳链长度时,取代度对临界浓度的影响不大;而当取代度相近时,随着碳链长度增加,临界浓度也随之增大.此结果与Onsager和Flory的刚性棒理论相符.粉末X射线衍射实验进一步证实了这一结果.

拉盖尔-高斯光束与高斯光束捕获力比较

根据高斯光束和拉盖尔-高斯光束两种光源的截面光强表达式,模拟出各自的光强分布.利用几何光学模型分别计算了高斯光束和拉盖尔-高斯光束在不同捕获目标尺寸和折射率、显微镜物镜的数值孔径以及样品池界面处到捕获目标的距离时的捕获效率,对高斯光束和以拉盖尔-高斯光束为代表的空心光束的捕获能力进行了比较.结果表明,拉盖尔-高斯光束相对于高斯光束其捕获能力具有很大的优势,拉盖尔-高斯光束的最大反向捕获效率高于高斯光束的最大反向捕获效率,在光镊稳定平衡点附近的刚度大于高斯光束的刚度.拉盖尔-高斯光束由于其特殊的光强分布,当物镜的数值孔径足够大时球差对其影响较大.

猪粪秸秆不同物料比对固体产酸发酵效果的影响

在沼液回流的条件下,研究猪粪和秸秆固体产酸发酵过程中,不同原料配比(猪粪与秸秆质量比分别为4:1、2:1、1:1、1:3和0:1即纯秸秆)对产酸发酵效果的影响。试验结果表明:增加发酵原料猪粪比例有利于调节发酵体系pH值,但酸化液中氨氮质量浓度较高;沼液回流能有效避免体系过酸现象;上述不同原料质量配比产酸发酵产物以乙酸为主,试验周期内,累积产乙酸质量分别占各反应器挥发性脂肪酸(VFAs)总质量的80.8%、81.8%、77.1%、78.3%和73.8%,酸化液中丙酸质量浓度均低于1.6g/L,累积产生质量分别占各反应器VFAs总质量的4.8%、2.8%、7.2%、6.5%和8.4%。综合分析表明,猪粪与秸秆比为2:1时,发酵过程中产酸效果优于其他配比试验。

DMFC中电催化剂的研究进展

从阳极催化剂的开发和阴极催化剂的开发两个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中电催化剂的研究进展。概述了甲醇电催化氧化机理。研究表明:阳极催化剂材料不仅可利用铂基二元或多元合金,而且可利用不含贵金属铂的电子导电混合氧化物,同时开发新的具有高活性和对甲醇无活性的氧还原反应非贵金属催化剂,应成为阴极催化剂研究的一个重要方向。

分离式两相厌氧发酵渗滤液回流对发酵过程影响

为研究分离式两相厌氧发酵工艺中渗滤液回流对其发酵过程的影响,在试验室对分离式两相工艺流程进行模拟,实现两相间渗滤液相互回流。比较分析渗滤液在喷淋和浸泡两种回流方式下的产气性能,重点分析两种回流方式下渗滤液pH值、挥发性脂肪酸总量及成分的变化以及其与产气量之间的关系,并计算出两种回流方式下的单位物料TS产气量,试验结果表明:分离式两相厌氧发酵工艺中,系统在渗滤液浸泡回流方式下稳定性更好,产气性能更佳,累计产气量是喷淋回流方式的2倍,其物料单位质量TS产气量可达217.88mL/g。

碳载铂纳米微粒修饰的玻碳电极对甲醇的电催化氧化

利用X射线粉末衍射、透射电镜和扫描电镜对商用Pt/C催化剂反应前后的变化进行了物化表征,同时应用电化学方法研究了甲醇在碳载铂纳米微粒修饰的玻碳电极上的电催化氧化性能。结果表明,修饰电极对甲醇氧化呈现较高的电催化活性。铂氧化物的电化学还原在Pt/C催化剂中受到了抑制,该现象可能是由于Pt与载体碳间的强烈作用所引起的。通过扫描电镜和循环伏安研究表明,该催化剂对甲醇的氧化可能存在着表面结构敏感效应。