一 新能源的意义及发展状况

新能源的各种形式都是直接或间接来源于太阳或者地球内部深处所产生的热能，包括太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能、核聚变能、海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。相比传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的优点，对于解决当今世界严重的环境问题和资源枯竭问题有重要意义。能源是现代经济的重要支撑，是人类社会生存和发展的重要基础，对经济、社会发展起着不可或缺的重要推动作用。进入工业化以来，以煤、石油、天然气等化石类为主要燃料的能源更成为人类社会赖以生存的物质基础，随着中国经济的快速发展和人口的迅速增长，对能源的需求量越来越大，能源消耗大幅增加、传统能源资源日益减少，已经不能满足国民经济发展的需要。目前，传统石化能源的日益短缺与社会经济发展对能源的旺盛需求之间的矛盾更显尖锐，如果不改变目前的能源消费结构、加快推进能源供给的多元化，那么社会经济可持续健康发展将严重受限于传统化石能源的不可再生性，同时中国的能源短缺和能源依赖势必无法得到改善。中国必须抓住新能源与中国复兴和崛起的契机，大力发展新能源，做足新能源这篇文章、下好新能源这盘棋，将新能源发展上升到国家战略，解决好新能源问题，排除中国的能源安全问题，让中国的经济在新能源经济带动下继续快速发展。

中国是世界农业起源中心之一，20世纪50年代之前，中国的农业基本上属于自给自足的传统农业，进入50年代，逐渐开始向传统现代化农业过渡，并经历了比发达国家发展速度更快的历程。到80年代，中国的农业发展水平与西方发达国家相比，虽然仍有很大差距，但同样在资源、环境、生产成本等方面造成了严重的负效应。农业生产过程中的资源浪费，环境污染、生产成本增加等问题越来越严峻。当前，据国家环保部门判定，就固体废弃物数量及污水的COD两大指标而言，农业面源污染己超过工业和生活废弃物，成为最大的污染来源，而畜禽粪污则是最主要的农业源污染物。如何处理农业源污染物已是一个重要问题，而将污染物转化为能源则是一个很好的选择，也是我这次的课题。

以厌氧发酵为基础的沼气工程可以成功无害化处理废弃物并可以产生绿色能源#8212;#8212;沼气。目前，以处理畜禽粪污等有机农业废弃物为主的沼气发酵生态农业模式为我国农业生产中出现的种种问题找到了有力的结合点，得到了比较广泛的推广。以沼气发酵为纽带的生态系统能够将生产者、消费者和分解者有机结合起来，能够将污染环境的废弃物转化为能量和优质肥料，消除农业生产环节废弃物对环境的污染，变废为宝，达到经济、生态和社会效益的统一，从而促进农业的可持续发展。近几年我国的沼气产业快速发展，在”十一五”期间国家投资250亿人民币用于沼气工程，但据国家发改委的报告，大中型沼气工程目前仍以处理废物为主，能源效率低。因此，本课题关注于解决沼气发酵中菌体微环境的构筑来提高沼气的发酵产期速率。

二 厌氧发酵物质流程

厌氧发酵主要有四个阶段：水解阶段，酸化阶段，产氢产酸阶段和产甲烷阶段。中间涉及四种细菌，水解细菌，产酸细菌，产轻产酸细菌和产甲烷细菌，产甲烷细菌又分为耗氢产甲烷菌和耗乙酸产甲烷菌。在厌氧发酵过程中，蛋白质、淀粉、脂质等大分子物质在水解细菌的作用下分解为氢气、二氧化碳、乙酸和短链脂肪酸，在酸化细菌作用下，短链脂肪酸进一步分解为丙酸等易挥发性酸，最后经过产氢产酸菌的分解作用彻底分解为氢气、二氧化碳及乙酸，这些基质在产甲烷菌的作用下最终分解成甲烷气。但在发酵过程中由于温度、pH，及原料的碳氮比的影响，会给发酵过程带来很多不稳定因素。在我国发酵用的主要是猪粪和秸秆的混合发酵，猪粪是一种碳氮比很低的物质，由于其中过多的蛋白质含量，代谢会产生高浓度的铵离子，使体系pH升高，产生氨气，对产甲烷菌尤其是耗乙酸产甲烷菌产生强的抑制作用，造成挥发性酸的累积，使体系处于一种产气率在较低水平的稳定状态。而产氢产酸菌但对于挥发性酸的分解，其产物氢气会对反应有抑制作用，低的氢浓度在热力学上也是有利于挥发性酸的分解，因此产氢产酸菌与产甲烷菌属于共生关系。如果加入特种材料既能对氨离子浓度有很好的控制，又可以为细菌吸附提供载体满足这两种菌的共生关系，就可以提高产气速率。已有多篇文献报道通过增加反应器中菌体负载的面积，可以大大增加反应器中菌体的截留率，从而加快发酵的起始速率和产气量，是现阶段关于厌氧发酵的一个研究热点。本实验期望通过加入便宜易得的新材料来增加发酵罐的操作性能。

三 改性聚丙烯腈

聚丙烯腈复合纤维是根据羊毛有两种形状不 同的角质层复合而成的结构发展起来的一种新品种。聚丙烯腈纤维被称为合成羊毛，是代替羊毛的一种理想合成纤维，它具有较好的蓬松性、弹性、保暖性，但是其回弹性、卷曲性与羊毛相比仍存在较大的差距。聚丙烯腈纤维吸湿性差的弊端也使其在使用过程中缺少天然纤维的舒适性。此外，聚丙烯腈纤维易于产生静电的积聚，纤维的体积电阻率高达 6.5#215;1013Ω/cm，影响了纺丝加工性能及其应用。用碱减量法对聚丙烯腈纤维进行表面处理，使纤维表面粗糙化，产生沟槽、凹窝，以增强其吸水效果。同时，纤维结构中氰基与酯基在一定浓度碱溶液作用下，水解生成的#8212;COOH、#8212;COONa等亲水基团，也使纤维对水分子产生很强的亲和力。实验中碱性催化剂主要有NaOH、KOH、水玻璃、Na3PO4、K3PO4、Na2S等，其中NaOH最为常用。在一定浓度的NaOH水溶液中，腈纶废料可以在95℃～100℃下进行常压水解数小时，形成亲水的水解聚丙烯腈或丙烯腈类多元嵌段共聚物。本实验采用碱水解方法，通过控制碱的加入量和加热时间等水解因素来控制改性程度，最后通过红外光谱和元素分析来测定纤维的水解程度。再把改性完成的纤维加入猪粪和秸秆的共发酵体系，在发酵过程中连续监测体系的pH，铵离子浓度，产气速率等因素，通过与空白组进行比对，最终找出提高产期速率的新途径。