臭氧-氨水预处理耦合富钾生物炭对小麦秸秆厌氧消化性能的协同促进作用

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Effect of potassium enriched biochar on anaerobic digestion performance of wheat straw using ozone and aqueous ammonia pretreatment

本研究探讨了臭氧-氨水（OSAA）预处理联合富钾生物炭（PBC）对小麦秸秆厌氧消化（AD）的协同增强效应。OSAA预处理有效破坏木质素结构、降低纤维素结晶度；PBC作为导电材料促进种间直接电子传递（DIET），其释放的钾离子提升产甲烷关键酶活性。结果表明，添加5.0% PBC使累积沼气产量提升36.22%，纤维素降解率达15.82%，并显著富集甲烷丝菌属（Methanosaeta）。该研究为农业废弃物资源化提供了创新策略。

　　

Highlight

Materials

小麦秸秆采集自中国淮安市郊区的农田。收集后，将秸秆风干，用锤式粉碎机研磨，并通过2毫米孔径的标准筛。研磨后的秸秆密封保存在室温下备用。小麦秸秆的总固体（TS）和挥发性固体（VS）含量分别为91.52% ± 0.45% 和93.18% ± 0.36%。其组分包括43.98% ± 1.76% 纤维素、18.48% ± 0.92% 半纤维素和6.61% ± [数据不完整]。

Characterization of BP and PBC

香蕉皮（BP）和富钾生物炭（PBC）的化学和物理性质如表1所示。添加剂的比表面积（SSA）以BET法测量。碳化后，SSA增加至1.52 m²/g。平均孔径也从5.88 nm增加到18.36 nm。总孔容达到6.99 × 10^-3 cc/g。具有高SSA的PBC可以提供更多的吸附位点。然而，SSA对厌氧消化（AD）的影响在许多研究中存在差异。例如，Leithaeuser等人[31]发现具有高SSA的生物炭...

Conclusions

臭氧和氨水（OSAA）预处理与富钾生物炭（PBC）添加的结合，通过协同破坏木质纤维素结构、加速微生物代谢和促进直接种间电子传递（DIET），显著增强了小麦秸秆的厌氧消化性能。最佳的5.0% PBC添加量使累积沼气产量达到425 ± 21.25 mL/g-TS，与仅经OSAA预处理的对照组相比提高了36.22%，同时纤维素和半纤维素的降解率也表现更优。