高粱秸秆生物炼制研究进展

高粱秸秆拥有巨大的开发潜能。高粱秸秆利用生物炼制技术转化为生物能源、化工产品等,可促进秸秆的高值化利用,有效缓解环境污染问题,实现低碳可持续发展。文章综述了高粱秸秆生物炼制相关研究进展,主要包括基于碳水化合物、纤维素/半纤维素、木质素和全组分的生物炼制模式,并对当前高粱秸秆生物炼制加工过程中存在的问题进行了分析和探讨。

农作物秸秆物料杂质及滚筒筛分研究

为去除农作物秸秆固体成型物料中的杂质，对物料进行筛分分拣并对筛分物进行发热量试验，研究杂质分类及来源，同时设计滚筒筛分除杂系统进行除杂。结果表明，杂质分为金属、多塑料织物、砂石及粉尘等；收获、农户储藏、运输、场地管理等均可能产生杂质，其中在该试验中场地管理产生的杂质较多，约占总物料量的3％；杂质筛分中滚筒筛倾角范围为3°-9°，转速为20～32r／min，给出根据筛分效率要求选择长径比的方法。该研究可为杂质减量化及杂质去除理论与试验研究提供数据参考。

硝酸乙醇法测定纤维素含量

根据秸秆乙醇的工艺特点,对硝酸乙醇法测定玉米秸秆、小麦秸秆、稻草及其预处理后物料的纤维素含量进行了研究.优化了粉碎时长、硝酸-乙醇混合液处理遍数、试样粒度及抽滤漏斗孔径四个参数.确定了优化后的测定方法：秸秆试样粉碎时长15 s,硝酸-乙醇混合液处理4遍,粒度40~60目,使用G2玻璃砂芯漏斗.秸秆预处理后物料试样粉碎时长3 s,硝酸-乙醇混合液处理3遍,粒度40~60目,使用G3玻璃砂芯漏斗.

我国农作物秸秆转化生物能源潜力评估

农作物秸秆是一种价格低廉的可再生资源,燃料化是其资源化利用的重要途径。以农作物经济产量为依据,对我国各类农作物秸秆的产量和可收集利用量进行估算,进而评估其生物转化甲烷和燃料乙醇的潜力。2014年我国农作物秸秆产量达72 836.9万t,其中可收集利用量达60 986.1万t。玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆为前三大秸秆资源。河南省、黑龙江省和山东省的秸秆资源是最为丰富。以热值估算,仅玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆三大秸秆可折合标准煤量20 177.5万t。基于微生物发酵工艺估算,我国主要农作物秸秆可生产甲烷1 286.8亿m^3,或可生产燃料乙醇1 823.5亿升。我国农作物秸秆的可收集利用量巨大,以其为原料生产生物燃料具有广泛的开发前景。

温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响

采用低温烘焙技术制备玉米秸秆成型生物炭,可解决玉米秸秆带来的环境污染及资源浪费。研究以玉米秸秆成型颗粒为原料,利用固定床反应器,制备了不同烘焙温度(250～400℃)成型生物炭,采用元素分析、工业分析、能量产率、质量产率、机械性能、疏水性、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、元素K含量等分析生物炭特性。随烘焙温度升高,热值增加,能量产率降低,400℃时,成型生物炭热值为21.86MJ/kg,能量产率为50.17%。成型生物炭颗粒表面裂纹增多,机械性能降低,350℃烘焙成型生物炭(CSP350)机械性能好于400℃烘焙成型生物炭(CSP400),低于成型生物质颗。烘焙生物炭疏水性提升,可贮藏于室外。成型玉米秸秆经烘焙热解发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,纤维素、半纤维素热解剧烈,木质素开始热解。随温度升高,其孔径呈下降趋势,比表面积增大。结果表明,玉米秸秆成型烘焙生物炭可作为优质生物燃料,适宜制备温度为300～350℃。

玉米秸秆水解液燃料乙醇发酵条件优化

以实验室前期构建的工业酿酒酵母HN-1-24为出发菌株,研究利用玉米秸秆水解液发酵生产燃料乙醇的培养条件。在单因素实验的基础上,通过Plackett-Burman设计,进行主要影响因子筛选;利用Box-Behnken设计和响应面优化分析,得到主要影响因子的最优组合。结果表明,影响乙醇产量的显著因子是蛋白胨浓度、MgSO4·7H2O浓度和初始pH值;三因子最优组合为蛋白胨浓度1.0 g/L、MgSO4·7H2O浓度0.6 g/L和初始pH值5.5,确定最适发酵条件。在此条件下,乙醇产量为43 g/L,与模型预测值一致;乙醇产率达到理论值的83%,比优化前提高5%。

关于使用秸杆生物燃料锅炉替代燃煤小锅炉的可行性分析

吉林省是国家重要的粮食生产基地,具有丰富的秸秆资源,利用秸秆生物资源可以变废为宝,制造出秸秆生物燃料既可以缓解燃烧秸秆产生的空气污染,也可以替代燃煤解决城市小锅炉因燃煤产生的空气污染问题。运用经济效益分析、环境效益分析和生物质燃料锅炉监测结果充分论证使用秸杆生物燃料锅炉替代燃煤小锅炉的可行性。替代方案即符合国家的产业政策也能实现资源再利用,降低锅炉烟尘和二氧化硫排放,对控制城市大气污染节能减排起到积极作用。