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摘 要

厌氧发酵制备生物燃气兼具节能、减排、减污三重意义，但由于甲烷浓度低、产气速率低、成本高问题导致生物燃气工程基本处于入不敷出的状态。因此，提高甲烷的产气效率是改善现今生物燃气工程的关键。本实验旨在用氢氧化钠与二乙烯三胺对聚丙烯腈纤维进行两步改性来制取一种新型材料，以此来提高甲烷的产气效率。通过调整反应时间来控制改性程度，以得到不同改性程度的纤维，之后将不同改性程度的纤维加入以玉米秸秆为基质的厌氧发酵体系来测试其对厌氧发酵体系的影响，选取最优的材料。实验表明，制备的新型材料能够稳定厌氧发酵体系从而提高厌氧发酵产气速率的材料，材料包覆在制作的支架上，模块化堆积就可以应用于大型生物燃气工程。

关键词：厌氧发酵 改性聚丙烯腈纤维 产气速率

The Effect of Modified Polyacrylonitrile Fiber on Anaerobic Fermentation

Abstract

Anaerobic fermentation of bio-gas production of energy-saving, emission reduction, pollution reduction triple significance, but because of low methane concentration, low gas production rate, high cost problems caused by bio-gas projects are basically out of state. Therefore, improving the gas production efficiency of methane is the key to improving the current bio-gas project. The purpose of this experiment is to use sodium hydroxide and diethylenetriamine for polyacrylonitrile fiber two-step modification to produce a new type of material, in order to improve the methane production efficiency. By adjusting the reaction time to control the degree of modification to obtain different degrees of modification of the fiber, after the different degree of modification of the fiber into the corn stalk as the matrix of the anaerobic fermentation system to test its impact on the anaerobic fermentation system, select The best material. Experiments show that the new materials can be used to stabilize the anaerobic fermentation system to improve the gas production rate of anaerobic fermentation. The material is coated on the scaffold, and the modularization can be applied to large bio-gas projects.

Key Words: Anaerobic digestion;Polyacrylonitrile;Rate of biogas production

目录

摘要 I

Abstract II

目录 Ⅲ

第一章 引言 1

1.1 研究现状 1

1.2沼气工程的发展现状 1

1.3厌氧发酵 2

1.4改性基底材料的选择 10

1.5常见的其他材料对微生物的影响 10

1.6本实验的目的及意义 11

第二章 聚丙烯晴纤维的改性与表征 13

2.1主要试剂及仪器 13

2.2聚丙烯腈纤维的改性和表征 14

第三章 改性纤维的加入对厌氧发酵体系产气速率的影响 16

3.1发酵原料、试剂及仪器 16

3.2发酵实验 16

3.3讨论 20

第四章 结论 21

参考文献 22

论文及成果24

致谢25

1. 引言

1.1 研究现状

随着社会的不断发展，人口也日益增长，随之而来的环境污染问题和能源短缺问题也更加险峻。这些问题严重影响着人类社会和经济的发展，所以解决能源和环境问题刻不容缓。我国是一个农业大国，与此同时也产生了大量的农业废弃物，其中又以秸秆最为丰富，如果直接燃烧，不仅污染了环境，同时也浪费了大量的资源。但是这些农业废弃物如果能好好利用，又能转化为清洁能源。

日益增多的废弃物如果只靠微生物发酵的话，需要很长的时间，通过焚烧、填埋的话只会占用土地、污染环境。随着对可再生能源和环境保护的日益增长的需求,厌氧发酵沼气技术已经在科学界引起了相当大的关注。

为了适应现在的经济发展和现今人类对能源的需求，只靠石油、天然气等不可再生能源是不足以支持人类的不断发展利用的。我国排放的巨量城市垃圾、畜禽粪便及秸秆等低劣生物质导致环境严重污染，加重CO₂排放。若将其高效转化，可制得相当于我国天然气开采量2倍的生物燃气，减少10亿吨CO₂排放，兼具节能、减排、减污三重意义。生物燃气受各国高度重视，目前我国规模化生物燃气工程已发展到8.05万处，但由于对该过程物质转化和能量利用过程调控缺乏有效手段，导致入不敷出，80%以上的工程没有正常运行，解决生物燃气工程“两低一高”—甲烷浓度低、产气速率低、成本高，这是沼气工程现状的关键。

1.2沼气工程的发展现状

中国是一个农业生产大国。目前有农业过程中生产资源的浪费，环境污染，生产成本越发增加等严峻问题，根据环保部门的统计，固体废物和废水COD指标在农业扩散污染方面作为工业和家庭废物成为污染的主要来源，农业生产中的主要污染物则来自牛类和禽类的粪便。

目前，农业沼气中的有机废弃物经过自粪肥加工等生态农业模式，各种问题制造力量为农业一体化得到了推广。 将沼气和生态系统联系起来可以避免浪费，将生产者，消费者和分解物回收在一起，将有机废弃物转化为优质肥料，则可以实现农业生产过程中消除废物，回收利用，实现经济，环境和社会效益来污染污染，从而导致农业可持续发展。

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