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摘 要

为了实现秸秆降解的工业化应用，本课题考察了常规反应器中蓬松状态下各个因素对秸秆降解的影响，及新型反应器中固液比、转速、温度对秸秆降解的影响。通过单因素实验法考察了在蓬松状态下秸秆颗粒大小、反应温度、固固比、固液比、反应时间和氢气压力等因素对秸秆降解率的影响，实验得出蓬松状态下秸秆降解的最佳条件为秸秆颗粒为40~60目，固固比为10:3，反应温度为140 ℃，固液比为1:3，反应时间为2 h，氢气压力为2 MPa，此时秸秆降解率51.05 %。新型反应器中秸秆降解的最佳固液比为1:3，转速100 rpm，温度140 ℃，当秸秆颗粒为40~60目，固固比为10:3，氢气压力2 MPa，反应时间2 h时，降解率为40.72 %。催化加氢法为秸秆的资源化利用提供了一条绿色有效的降解方法，具有很大的研究价值。

关键词：秸秆 加氢 降解率

The novel reactor of straw degradation

ABSTRACT

In order to achieve the industrial application of the straw decomposition, we examine various factors’ influence on the straw degradation in the conventional reactor and solid-to-liquid ratio, revolving speed and temperature these three impact on the straw degradation in the new reactor. Through the single factor experiment method, we investigated the influence of straw particle size, reaction temperature, solid-solid ratio, solid to liquid ratio, reaction time and hydrogen pressure and other factors on the degradation rate of straw in fluffy. We obtained through the experiment the best conditions for straw decomposition are the straw particles are from 40 to 60 mesh, solid-solid ratio is 10: 3, the reaction temperature is 140 ℃, solid-liquid ratio is 1: 3, the reaction time is 2h and the hydrogen pressure is 2 MPa, at this time the straw decomposition rate is 51.05%. In the new straw decomposition reactor, the optimal condition is that solid-liquid ratio is 1: 3, revolving speed is 100 rpm, temperature is 140 ℃. When straw particles are from 40 to 60 mesh, solid-solid ratio is 10: 3, hydrogen pressure is 2 MPa and reaction time is 2 h, the degradation rate is 40.72 %. The catalytic hydrogenation way provides an effective green degradation method for straw resource utilization which has great research value.

Key Words: Straw; Adding hydrogen; Degradation rate

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 秸秆降解的研究现状 1

1.2.1 酸水解 2

1.2.2 碱水解 2

1.2.3 有机溶剂 2

1.2.4 固体酸 3

1.2.5 酶 3

1.2.6 加氢法 3

1.3 本课题的研究目的和意义 4

第二章 实验部分 5

2.1 实验材料与仪器 5

2.1.1 实验材料 5

2.1.2 实验仪器 5

2.1.3 实验装置 6

2.2 实验操作步骤 6

2.2.1 蓬松状态下的操作步骤 6

2.2.2 新型反应器的操作步骤 7

2.3 结果与讨论 7

2.3.1 蓬松状态下秸秆颗粒大小对降解率的影响 7

2.3.2 蓬松状态下反应温度对降解率的影响 8

2.3.3 蓬松状态下固固比对降解率的影响 8

2.3.4 蓬松状态下固液比对降解率的影响 9

2.3.5 蓬松状态下反应时间对降解率的影响 10

2.3.6 蓬松状态下氢气压力对降解率的影响 11

2.3.7 新型反应器中固液比对降解率的影响 11

2.3.8 新型反应器中转速对降解率的影响 12

2.3.9 新型反应器中温度对降解率的影响 13

第三章 结论与展望 15

3.1 结论 15

3.2 展望 15

参考文献 17

致 谢 20

第一章 文献综述

1.1 前言

随着石油、煤炭、天然气等化石能源的逐渐枯竭及环境污染的日益加重，可再生能源例如氢气、太阳能和生物质资源等逐渐成为了人们的研究热点。其中，生物质资源种类较多，分布较广，可再生性较强。与石油、煤炭等化石燃料相比，生物质的开发利用对环境污染的影响较小，具有很大的开发前景^[1]。我国是农业生产大国，每年都有大量秸秆需要处理，一直以来，农村的秸秆主要处理方式为焚烧或填埋，不仅污染环境，还造成了大量的资源浪费。近年来随着空气污染严重，以及对秸秆应用价值研究的深入，国家开始禁止焚烧秸秆。目前，秸秆通常作为肥料、能源、饲料、培养基基料等的原料应用于农业及工业。但是秸秆在农业上的应用效果较差，利用率较低，难以发挥出秸秆的最大价值。大多数秸秆资源的开发利用至今未能在技术经济和环境方面获得具有竞争力的突破^[2]。因此，以秸秆作为原料生产高附加值的工业产品，不仅能解决我国秸秆的处理问题，还有很高的社会效益。

目前，工业上秸秆利用技术还不太成熟，仍有很多局限性：比如，秸秆的松散分布不利于大规模开发利用；产物品质不佳、收集困难、难于转化、效率不高等等^[3]。但是中国政府十分重视秸秆的资源化利用，在资金、政策等方面给予有力的扶持与推动，极大的促进了秸秆综合利用工作的广泛开展，取得了瞩目成就^[4]。

1.2 秸秆降解的研究现状

秸秆的主要成分为纤维素，半纤维素和木质素^[5]，三者之间形成的致密性网状结构组成了秸秆的主体部分。纤维素是由葡萄糖通过β-(1,4)糖苷键串联而成的线形长链分子，结晶度较高，难以降解，降解后的最终产物仅有葡萄糖。而半纤维素是种多分支杂聚物，含有六碳糖、五碳糖和糖醛酸类等糖残基^[6]，结晶度相对较低，易于降解。在工业生产当中，纤维素原料转化率的高低是影响整条工艺路线的重要因素^[7]。因此，如何优化秸秆降解反应条件（温度、pH、反应时间、催化剂种类等），使秸秆转化率增加成为了当代的研究热点^[8]。

1.2.1 酸水解

纤维素中的氧原子能够与溶液中的H 相结合，使其变得不稳定，较容易和水发生反应，纤维素长链即在此处断裂，同时放出H ，以实现纤维素长链的持续解聚，直到分解成最小的葡萄糖单元^[9]。

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