秸秆类生物质资源在能源及环境领域的应用探析

前  言

第一部分  能源领域

第1章  绪论 1

1.1  能源概述 1

1.1.1  能源的含义 1

1.1.2  能源的分类 2

1.1.3  能源的发展历史 3

1.1.4  能源的利用现状 6

1.1.5  生物质能源的利用现状 19

1.2  秸秆类生物质能源的应用现状 24

1.2.1  秸秆发电技术 25

1.2.2  秸秆发酵技术 33

1.2.3  生物制氢 38

1.2.4  生物厌氧发酵制氢过程基本参数 46

1.2.5  生物厌氧发酵制氢中混合菌的预处理 49

1.2.6  秸秆类生物质的生物厌氧发酵制氢 54

1.3  本部分的研究思路和主要内容 61

第2章  实验部分 62

2.1  引言 62

2.2  实验设备 62

2.3  实验材料 63

2.3.1  产氢实验材料 63

2.3.2  纤维素酶制备实验材料 64

2.4  实验方法 65

2.4.1  产氢实验方法 65

2.4.2  纤维素酶的制备步骤 65

2.4.3  纤维素粗酶对底物的预处理 65

2.5  分析方法 65

2.5.1  常见项目的分析方法 65

2.5.2  样品中还原糖和淀粉的提取 66

2.5.3  纤维素酶活的测定 66

2.5.4  纤维素、半纤维素、木质素含量的测定 67

2.5.5  氢气产量的测定 68

2.5.6  挥发性脂肪酸（VFAs）和醇的测定 68

2.5.7  产氢动力学模型 69

2.6  小结 70

第3章  生物质发酵制氢过程基本参数考察 71

3.1  引言 71

3.2  底物的预处理对厌氧发酵制氢的影响 71

3.2.1  底物预处理时间对氢产量的影响 71

3.2.2  底物预处理时间导致厌氧发酵最佳初始pH值的变化 73

3.3  底物浓度和初始pH值对厌氧发酵制氢的影响 75

3.3.1  响应面实验设计 75

3.3.2  实验结果分析 75

3.4  厌氧发酵制氢过程中相关生态因子分析 81

3.5  小结 83

第4章  超声波处理天然菌源对生物发酵制氢的影响 84

4.1  引言 84

4.2  实验设计 84

4.2.1  超声波的利用 84

4.2.2  超声波条件优化 85

4.2.3  对照实验设计 86

4.2.4  产氢动力学模型的应用 86

4.3  超声波处理消化污泥对发酵制氢的影响初探 86

4.4  超声波处理条件的优化 89

4.5  超声波处理消化污泥发酵制氢过程中液相组分分析 92

4.6  超声波处理消化污泥对生物制氢作用的机理分析 93

4.7  小结 95

第5章  纤维素粗酶的制备及其在秸秆生物发酵制氢中的应用 97

5.1  引言 97

5.2  纤维素粗酶的制备 98

5.2.1  固态发酵条件对纤维素酶活的影响 98

5.2.2  固态发酵培养基组分的优化 101

5.3  纤维素粗酶在生物发酵制氢中的应用 109

5.3.1  纤维素粗酶对玉米秸秆废弃物的预处理 109

5.3.2  酶解秸秆的发酵生物产氢 110

5.4  小结 111

第6章  结论 113

6.1  本部分观点总结 113

6.2  工作建议 114

参考文献 116

第二部分  环境领域

第1章  绪论 128

1.1  水资源污染 128

1.1.1  污染现状 128

1.1.2  重金属废水的污染特性及处理方法 129

1.1.3  农作物秸秆去除废水中重金属的研究现状 131

1.2  土壤污染 132

1.2.1  污染现状 132

1.2.2  土壤重金属形态的环境学意义 134

1.2.3  秸秆还田对土壤重金属影响的研究现状 137

1.3  本部分的研究思路和主要内容 140

1.3.1  秸秆处理废水中重金属的研究 140

1.3.2  秸秆处理土壤中重金属的研究 141

第2章  改性小麦秸秆对水溶液中铜离子的去除效果研究 142

2.1  实验方法 142

2.1.1  试验材料与仪器 142

2.1.2  吸附剂性质表征方法 144

2.1.3  铜离子的测定方法：双乙醛草酰二腙分光光度法 144

2.1.4  基本参数的表达及数学模型 145

2.2  氢氧化钠改性小麦秸秆对溶液中Cu2+的静态吸附研究 149

2.2.1  实验材料 149

2.2.2  吸附剂的表征 149

2.2.3  实验内容 151

2.2.4  结果与分析 153

2.2.5  结论 163

2.3  氢氧化钠和氯化钠同时改性小麦秸秆对溶液中Cu2+的静态吸附研究 164

2.3.1  正交试验 164

2.3.2  吸附剂的表征 166

2.3.3  吸附实验内容 167

2.3.4  结果与分析 168

2.3.5  结论 175

2.4  小麦秸秆对铜离子动态吸附特性的研究 175

2.4.1  实验装置 176

2.4.2  实验方法 177

2.4.3  结果与讨论 177

2.4.4  本章小结 182

2.5  结论与展望 183

2.5.1  结论 183

2.5.2  展望 184

第3章  添加秸秆对污染土壤中重金属Cu的转化迁移影响 185

3.1  供试样品概况及其测定 185

3.1.1  研究样品采集情况及特点 185

3.1.2  主要实验仪器及药品 187

3.1.3  土壤理化性质的测定 188

3.1.4  重金属含量的测定 189

3.1.5  数据处理 191

3.2  干湿交替水分模式下农田土壤重金属Cu的形态转化 194

3.2.1  引言 194

3.2.2  材料与方法 195

3.2.3  结果与讨论 198

3.2.4  小结 211

3.3  添加秸秆对土壤重金属Cu吸附与解吸特征的影响 212

3.3.1  引言 212

3.3.2  材料和方法 213

3.3.3  结果与讨论 215

3.3.4  小结 225

3.4  污染土壤中Cu的淋溶特性及释放动力学的模拟研究 226

3.4.1  引言 226

3.4.2  材料和方法 227

3.4.3  结果与讨论 229

3.4.4  小结 234

3.5  总结和展望 235

3.5.1  主要结论 235

3.5.2  主要创新点和特色 236

3.5.3  不足与展望 236

第4章  结论 238

4.1  本部分观点总结 238

4.2  工作建议 239

参考文献 240