碱性 - 水热联合预处理优化泡桐木生物甲烷产率的响应面法研究

【字体: 时间:2025年05月31日 来源:BioEnergy Research 3.1

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  为解决木质纤维素材料在厌氧消化(AD)中生物降解难的问题,研究人员开展了氢氧化钠联合碱性 - 水热(CAH)预处理对速生泡桐木生物甲烷产率(BMY)影响的研究。优化得出最佳条件,BMY 达 300.2 mL/g?VS,该研究为提升生物燃料原料利用提供参考。

  
泡桐木被公认为是有潜力的木质纤维素资源,可作为生物燃料生产过程的原料。然而,木质纤维素材料对生物降解的固有抗性在厌氧消化(AD)过程中构成重大挑战。本研究旨在评估氢氧化钠联合碱性 - 水热(CAH)预处理对提高速生泡桐木生物甲烷产率(BMY)的影响。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散 X 射线光谱(EDX)和 X 射线衍射(XRD)技术,考察了预处理对泡桐木形态特征和生物质化合物的影响。采用响应面法 - 中心复合设计(RSM-CCD)对工艺进行分析和优化。研究参数包括 NaOH 浓度(3、6 和 9% w/w)、预处理温度(60、120 和 180°C)和时间(30、75 和 120 min)。方差分析(ANOVA)结果表明,所有选定参数对生物甲烷产率均有显著影响。此外,最佳预处理条件为 NaOH 浓度 7.91% w/w、温度 170.9°C 和时间 86.6 min,此时生物甲烷产率达 300.2 mL/g?VS。EDX 分析显示,CAH 预处理样品的碳含量降低了 9.98%,而氧含量增加了 17.9%。FESEM 结果进一步表明,未处理泡桐木表面高度致密且难以被利用,而 CAH 预处理样品开放且崩解的结构可能是生物甲烷产率提高的原因。

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