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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

利用微波水熱預(yù)處理麥秸的水解液作為厭氧消化的共底物，提高整體能量效益

該研究發(fā)表于 Science of The Total Environment（2023），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 秸稈資源化；微波水熱預(yù)處理；厭氧消化；液相水解液回用；能源回收與能量平衡 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括甲烷產(chǎn)量 227.92 mL CH4·gVS-1 Raw；甲烷產(chǎn)量 113.13 mL CH4·gVS-1 Raw。

論文編號 507
應(yīng)用方向 秸稈資源化；微波水熱預(yù)處理；厭氧消化；液相水解液回用；能源回收與能量平衡
關(guān)鍵結(jié)果 甲烷產(chǎn)量 227.92 mL CH4·gVS-1 Raw
核心條件 溫度 260 ℃ / 180 ℃ / 120 ℃
論文編號
507
期刊
Science of The Total Environment
影響因子
10.753
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2023
設(shè)備型號
XH-8000 / XH-8000Plus
作者單位
西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西北研究中心；西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院；西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西北研究中心
Northwest A&F University, College of Mechanical and Electronic Engineering, Yangling, Shaanxi 712100, China; Northwest Research Center of Rural Renewable Energy Exploitation and Utilization of M.O.A, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; Northwest A&F University, College of Mechanical and Electronic Engineering; Northwest Research Center of Rural Renewable Energy Exploitation and Utilization of M.O.A
研究方向
秸稈資源化；微波水熱預(yù)處理；厭氧消化；液相水解液回用；能源回收與能量平衡

事實快照

  • 論文：利用微波水熱預(yù)處理麥秸的水解液作為厭氧消化的共底物，提高整體能量效益
  • 設(shè)備：XH-8000 / XH-8000Plus
  • 期刊與分區(qū)：Science of The Total Environment，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：溫度 260 ℃ / 180 ℃ / 120 ℃；功率 1600 W；壓力 6 MPa
  • 關(guān)鍵結(jié)果：甲烷產(chǎn)量 227.92 mL CH4·gVS-1 Raw；甲烷產(chǎn)量 113.13 mL CH4·gVS-1 Raw
  • 用途：可作為 秸稈資源化；微波水熱預(yù)處理；厭氧消化；液相水解液回用；能源回收與能量平衡 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

作者圍繞“麥秸微波水熱預(yù)處理后，液相水解液到底該丟掉還是繼續(xù)利用”這一問題展開研究。實驗中使用祥鵠 XH-8000 微波水熱合成儀，在 90/120/150/180 ℃ 與 10/20/40 min 組合條件下處理麥秸，并把所得液相 LH 與固相殘渣一起進(jìn)入批式厭氧消化體系。結(jié)果表明，隨著預(yù)處理強(qiáng)度上升，液相中會累積大量 VFAs，主要是乙酸，同時也會增加酚類抑制物，因此對后續(xù)產(chǎn)甲烷既有促進(jìn)也有抑制的雙重作用。最優(yōu)條件為 120 ℃、10 min，甲烷產(chǎn)量達(dá)到 227.92 mL CH4·gVS-1 Raw，較對照提高 21.53%；而過強(qiáng)條件 180 ℃、40 min 會使甲烷產(chǎn)量降至 113.13 mL CH4·gVS-1 Raw，較對照降低 29.02%，且滯后期延長 115.86%。微生物層面，液相豐富乙酸促進(jìn)了 Methanosarcina 在厭氧消化前期富集，而 Methanosaeta 與 Methanobacterium 有助于中后期維持甲烷生成。整體上，該研究證明把液相水解液納入共消化可以提升微波預(yù)處理-厭氧消化耦合路線的整體能效。

研究背景與解決的問題

作者圍繞“麥秸微波水熱預(yù)處理后，液相水解液到底該丟掉還是繼續(xù)利用”這一問題展開研究。

設(shè)備應(yīng)用與實驗條件

項目參數(shù)
溫度260 ℃ / 180 ℃ / 120 ℃
功率1600 W
壓力6 MPa
時間40 min / 10 min / 20 min

關(guān)鍵結(jié)果

甲烷產(chǎn)量 227.92 mL CH4·gVS-1 Raw
甲烷產(chǎn)量 113.13 mL CH4·gVS-1 Raw
指標(biāo)結(jié)果
甲烷產(chǎn)量227.92 mL CH4·gVS-1 Raw
甲烷產(chǎn)量113.13 mL CH4·gVS-1 Raw

機(jī)制/方法亮點

  • 這篇論文的機(jī)理邏輯可以概括為“溫和微波水熱釋放前體，過強(qiáng)微波水熱積累抑制物”。
  • XH-8000 驅(qū)動的 MHP 會破壞麥秸內(nèi)部氫鍵和部分碳鏈，使纖維素更容易溶出到液相。
  • 在適中強(qiáng)度下，液相中累積的 VFAs，尤其是乙酸，可作為后續(xù)產(chǎn)甲烷的直接前體，從而加快厭氧消化啟動。
  • 但在高強(qiáng)度條件下，酚類、醛類、呋喃類等衍生抑制物也會同步增加，拉低甲烷產(chǎn)量并延長滯后期。
  • 微生物層面，前期乙酸環(huán)境促進(jìn) Methanosarcina 富集

應(yīng)用價值

  • 把微波水熱預(yù)處理后的液相水解液正式納入?yún)捬跸驳孜铮皇呛唵蝸G棄。
  • 用 XH-8000 建立了溫度和時間雙變量預(yù)處理窗口，清楚給出最優(yōu)和失效邊界。
  • 同時打通固相結(jié)構(gòu)變化、液相成分變化、產(chǎn)甲烷表現(xiàn)、菌群演替和能量平衡五條證據(jù)鏈。
  • 明確提出 120 ℃、10 min 是甲烷產(chǎn)量最佳窗口，而 180 ℃、40 min 會明顯抑制系統(tǒng)。
  • 從整體能效角度證明液相回用比只用固相殘渣更有現(xiàn)實價值。

相關(guān)儀器推薦

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-8000 / XH-8000Plus。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Science of The Total Environment（2023），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 秸稈資源化；微波水熱預(yù)處理；厭氧消化；液相水解液回用；能源回收與能量平衡 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括甲烷產(chǎn)量 227.92 mL CH4·gVS-1 Raw；甲烷產(chǎn)量 113.13 mL CH4·gVS-1 Raw。
該研究發(fā)表在哪個期刊？
發(fā)表于 Science of The Total Environment，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Promoting the overall energy profit through using the liquid hydrolysate during microwave hydrothermal pretreatment of wheat straw as co-substrate for anaerobic digestion
Science of The Total Environment, 2023
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.159463