[发明专利]一种调节秸秆发酵产氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源领域，涉及一种降解秸秆发酵制氢的方法。

背景技术

氢气是生产化工产品和电子产品的重要工业原料，同时氢气又是理想的清洁能源载体，可以将太阳能、核能、风能、水能、生物质能等能源转化为氢能，通过生命周期分析，在所有燃料中氢气有最高的原料灵活性和环境友好性。氢能源经济由于具有清洁、环保、高效等特点被认为是社会经济发展的未来模式。

通过生物法可以从生物质资源中获取氢气，即生物制氢，具有可持续性和可再生性等优点。秸秆类农业废弃物是世界上最丰富、最廉价的可再生资源。我国是农业大国，农业废弃物总量居世界首位，年秸秆量高达7亿吨，存在多样性、分散广、数量大等特点，目前我国秸秆除了少量用作农村生活能源、还田、牲畜饲料、造纸原料等外，大部分尚未被利用，甚至有相当部分被焚烧，带来严重的环境问题。因此，秸秆制取生物氢气能在解决农业废弃物处置问题的同时生产无碳清洁能源，具有重要意义。但是秸秆组分复杂，秸秆制氢发酵水平依然受限于木质纤维素结构的复杂性，通过预处理方法打破秸秆的多层立体结构是实现其梯级资源化利用的前提。汽爆是一种用高温水蒸汽将原料加热到一定温度，维持一定时间之后快速减压打破秸秆结构并使其水解和液化的方法，是目前秸秆预处理的主要方法之一。而在预处理过程中伴随着纤维素等的降解一般会释放发酵抑制物，常见的抑制物包括5-羟甲基糠醛（5-HMF）、糠醛（FUR）等。这些抑制物已发现的作用机理包括影响细胞膜功能，影响微生物生长和糖酵解。因此，抑制物的浓度关系到木质纤维素类物质的应用成本和性能表现。

目前以汽爆秸秆为原料生产能源或化学品的研究一般是首先将汽爆后的湿物料经过烘干或水洗脱毒后再进行实验。醛类物质被认为是典型的抑制物，非但不能用于后续生化反应，还会产生负面影响。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种调节秸秆发酵产氢的方法，通过调节汽爆秸秆过程中产生的醛类发酵抑制物（糠醛和5-羟甲基糠醛），促进或抑制产氢反应。

本发明的另一目的是提供了一种醛类发酵抑制物在调节秸秆发酵产氢的过程中的用途。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种调节秸秆发酵产氢的方法，它包括如下步骤：（1）对秸秆进行汽爆预处理，（2）将步骤（1）中预处理的秸秆与厌氧污泥一起加入到产氢反应器中，搅拌均匀后进行厌氧发酵，制得氢气；

在所述步骤（2）中，通过调节醛类发酵抑制物的不同浓度调节产氢反应，反应条件为pH5.5-7，温度30-50℃，时间为1-5天；

所述汽爆处理的湿秸秆不经烘干或水洗脱毒处理直接进行厌氧发酵；

所述醛类发酵抑制物为5-羟甲基糠醛（5-HMF）和/或糠醛（FUR），在发酵产氢过程中会全部或部分降解。

所述醛类发酵抑制物为：来自秸秆汽爆过程中产生的降解秸秆抑制物5-羟甲基糠醛和/或糠醛，和外源性醛类发酵抑制物。

所述醛类发酵抑制物浓度为：5-羟甲基糠醛10-2000mg/L，糠醛10-2000mg/L。

所述醛类发酵抑制物浓度为：5-羟甲基糠醛100-2000mg/L，糠醛100-2000mg/L。

所述醛类发酵抑制物在以下浓度范围调节发酵制氢反应：

a.仅加入5-羟甲基糠醛时，浓度为10-500mg/L能促进产氢反应，500-2000mg/L能抑制产氢反应；

b.仅加入糠醛时，抑制产氢反应；

c.同时加入5-羟甲基糠醛和糠醛时，抑制产氢反应。

所述厌氧污泥来源于污水处理厂污泥厌氧消化池，污泥浓度为10-70g/L。

步骤（1）中秸秆汽爆条件为1.4-1.5MPa、200℃、3-5min，秸秆经汽爆后湿物料直接使用。

所述秸秆包括但不限于玉米秸秆、小麦杆、高粱秆等木质纤维素类生物质。

所述醛类发酵抑制物的来源包括但不限于汽爆秸秆。

一种醛类发酵抑制物在调节秸秆发酵产氢过程中的用途，所述醛类发酵抑制物作为秸秆发酵产氢过程中的发酵调节剂，为来自秸秆汽爆水解过程中产生的降解秸秆抑制物5-羟甲基糠醛和/或糠醛。

本发明的有益效果在于：

汽爆是一种秸秆预处理工艺，高温水蒸汽将原料加热到一定温度，维持一定时间之后快速减压打破秸秆结构并使其水解和液化的方法。汽爆需要水，一般汽爆完的秸秆都要干燥脱水，脱毒。而本发明直接采用汽爆完的湿秸秆，不经过任何脱毒干燥处理。其优点是：