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秸秆资源毕业论文开题报告 (500字)

吉林化工学院 材料科学与工程学院 毕业论文 开题报告

秸秆资源的开发及利用探索研究

Utilization and research of straw resources 学生姓名： 张伟旭 学生学号： 10150212 专业班级： 材料化学1002 指导教师： 张福胜 职 称：教授

起止日期： 201X.2.24 ─ 201X.3.15 吉 林 化 工 学 院

Jilin Institute of Chemical Technology 1.课题来源及选题的目的和意义 课题来源：教师科研

课题名称：秸秆资源的开发及利用探索研究

我国作为农业大国，耕地面积超过18亿亩，秸秆资源非常丰富，年产量可达7亿吨[1,2]。农村占有大部分秸秆资源，但由于部分地方经济发展缓慢以及农作物分布比较分散，农村的秸秆利用率很低，供牲畜食用或者被丢弃，造成了资源浪费[2,5]。由于直接燃烧会产生大量的二氧化碳、粉尘等，长此以往会对地方的空气质量和大气造成直接影响，并且直接燃烧让资源没有得到充分利用。秸秆的利用问题是关系到资源、环境以及农业的可持续发展的重大问题[4]

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图1-1 焚烧秸秆污染环境 图1-2 玉米秸秆被丢弃至河道

产业至今，200多年来人类文明的发展主要依赖无节制地开发利用煤、石油、天然气等化石燃料资源以及水、土地、生物质等自然资源。化石燃料的燃烧利用导致全球性的气候变化，己成为人类共识，其中温室气体效应是人类面临的最大环境问题，正深刻影响着21世纪全球的发展。

鉴于能源和环境问题己成为全球关注的焦点，随着化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，开发洁净的可再生能源已成了紧迫的课题。微生物发酵法生产燃料乙醇作为一种可再生能源，己经引起了人们的高度重视。将乙醇与汽油按一定比例混成的乙醇汽油，不仅能减少能源消耗，而且能有效降低尾气污染，推广和使用对于解决能源危机和环境污染具有重要的意义。

对我国这样一个人口众多、资源相对不足、生态环境承载力弱、能源利用率低的国家来说，发展生物质能源等可再生能源更是不二选择。现阶段，国内外燃料乙醇的大规模生产都是以糖质和淀粉质农作物如甘蔗、糖蜜、木薯、玉米为原料。在我国，则主要以玉米、陈化的小麦和稻谷为原料。

据有关报道，一般常见秸秆，其纤维素含量约为30％到40%，半纤维素的含量在25％到35％，另外还有一定量的木质素[6]，此外秸秆也有很高的热能价值，营养价值等。当

前的一些秸秆利用技术存在着产品质量不稳定、原料利用率低、环境污染等问题，难 以高值化利用量大、面广且具可再生性的秸秆资源。实际上，秸秆资源的高值化利用，对于解决我国秸秆焚烧、“三农”问题和作为促进农业可持续发展的重要工业原料具有现实意义，并对我国未来能源、材料、发酵、乃至整个化工业的发展具有战略性的影响 [2]。

2.农作物秸秆资源概述 2.1农作物秸秆资源的内涵 2.1.1秸秆的定义

《辞海》[7]解释：秸：农作物的茎杆。如麦秸、豆秸。杆：禾本科植物的茎。 《现代汉语词典》[7]解释:秸秆是农作物脱粒后剩下的茎。

《百度百科》[8]中秸秆定义是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。 《农作物秸秆资源调查与评价技术规范》[9]中给出了 “秸秆”明确的定义，它是指“农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等农作物籽粒后，残留的不能食用的茎、叶等农作物副产品，不包括农作物地下部分”。

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图2-1 玉米秸秆 图2-2 小麦秸秆 图2-3 甘薯藤蔓 图2-4 芝麻油料 2.1.2资源的定义

《辞海》[7]认为：“资源是资财的来源，一国或一定地区内拥有的财力、物力、人力等物质要素的总称。”从词义上看，中文里最早对“资源”解释为“资财之源，一般指天然的财源”。英文里的“资源” 一词为resource，它是由re和source组成，前缀re含有“再”的意思，source表示来源。

由于人们的研究领域和研宄角度的差别，对资源概念的理解也不同。通常对资源的理解有广义和狭义之分。广义的资源是指在一定的技术经济条件下，现实或可预见的将来能作为人类生产和生活所需要的一切物质的和非物质的要素。有用物质即资源，无用物质即非资源。它包括阳光、空气、水、土壤等一切人类需要的自然物和房屋、设备、生产资料性商品等以人类劳动产品形式出现的一切有用的物质，还包括社会经济资源及知识信息资源。从资源的广义定义上，资源是动态的，它依赖于人的成就和行为而相应地扩大或缩小，不能同人类需要和能力相分离，是一个可变的历史范畴[10]。

而狭义上的资源通常指“自然资源”。《辞海》[7]中自然资源是指天然存在的自然物，不包括人类加工制造的原料。如土地资源、水资源、生物资源、海洋资源、矿产资源等都属于自然资源，它们是生产的原料来源和布局的场所。这个定义从地球科学的角度，概括了各种自然资源。但确切地说应该还包括其他具有空间特征的自然资源(气候资源)。联合国环境规划署(UNEP)对资源下定义：“所谓自然资源，是指在一定的时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来的福利的自然环境因素和条件的总称”。美国经济学家阿兰·兰德尔说：“资源是人们发现的有用途和有价值的物质。综上所述，狭义的资源是指在一定社会经济条件下，能够产生生态价值或经济效益，以提高人类当前或可预见未来生存质量的自然物质和自然能量的总和[11]。 2.1.3秸秆资源的内涵

从资源的定义上讲，农作物秸秆属于“资源”范畴。至今，少有学者对“秸秆资源\"给予比较明确的内涵，如毕于运等[12]曾在相关研究中将秸秆资源定义为“在现实社会、技术条件下，可供人类利用的秸秆总产量”，即秸秆成为资源的前提条件是可供人类开发利用。我国是世界上的主要农业生产大国，许多农作物的总产量已居世界前列，随着农作物产量的增加，秸秆的生产量也相应增加，各种来源广泛、数量巨大的作物秸秆资源在我国已成为一类极其丰富并能直接利用的可再生有机资源。但是，秸秆作为农作物的副产品，如果不合理利用，不仅浪费资源，甚至有可能造成环境污染；若利用合理，则变废为宝，减少了其他资源的使用，实现秸秆的经济、环境及社会效益。近年来，国家先后出台了鼓励循环农业发展和秸秆综合利用的税收优惠、补贴激励，包括对秸

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秆能源化利用企业消耗秸秆提供专项财政补贴；对使用秸秆生产电力、热力给予所得税减免优惠；将秸秆还田、青贮等相关机具纳入农机购置补贴范围等，这些对促进秸秆循环农业加快发展发挥了重要作用。

秸秆资源是指在现实社会、经济、技术条件下，可供人类利用的秸秆总产量，它是中国种植业和养殖业可持续发展以及农村新型能源化的重要物质基础。201X 年7 月下发了《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》。实

现秸秆的资源化、商品化，促进资源节约、环境保护和农民增收具有重要作用。 2.2农作物秸秆资源分类

目前，农作物秸秆可分为两大类：黄色秸秆和灰色秸秆。

黄色秸秆主要包括麦稻、稻草、玉米秆等，具有体积大、重量轻、密度小等特点[13]灰色秸秆主要包括棉花稻、树枝、木材下脚料等密度较大的木本类植物，具有密度相对较大、来源相对分散等特点[14]。 2.3农作物秸秆资源的基本特性 2.3.1可再生性

农作物秸秆资源是一种可再生的生物质资源，它是伴随农作物生长过程中的光合作用再生，资源丰富，可定期再生，保证永续利用。 2.3.2低污染性

农作物秸秆资源的S、N含量低，平均含S量为3.8%。，燃烧过程中生成的SOx、 NOx较少；在农作物秸秆的再生利用过程中，排放的C02与其生长过程中吸收的C02达到碳平衡，具有C02零排放的作用，对缓解温室效应具有重要贡献。 2.4.3密度低占地面积大

农作物秸秆资源密度低，收集费工费时，打捆后密度一般也在300kg/m3以下，比较经济的运输密度在400~600 kg/m3以上[15]。使用农作物秸秆资源的企业为维持其正常运转，必须要有一定的贮存量，故需要较大的存贮场占用土地。 2.4.4分散、即地保存性差

农作物秸秆资源主要堆放在田间、农户自家门前，分布较零散，对其高效的收贮运带来较大困难。农作物秸秆资源收获后未晾晒，仍处于后鲜期，含水量较高，在打捆、堆垛后极易燃、易霉，需要对其采取防雨、防潮等措施。 2.4.5季节性强

农作物秸秆资源收获期主要集中在农作物夏、秋收季节，由于农民为抢农时播种， 使得农作物秸秆资源的收集工作具有强季节性，使得收集劳动力强度很大。

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若未能及时将其收集和贮运，随意堆放在田间、路边和河道边，会对河道造成水体污染。

畜牧业的发展[22-23]。印度就是典型的节粮型畜牧业结构。联合国粮农组织( FAO) 统计资料表明，美国约73% 的肉类由草转化而来，澳大利亚的占90%，我国的仅占6%～8%[24]。我国将秸秆作为饲料的使用率只占小部分，其原因是由于秸秆粗糙坚硬，适口性和营养都较差，动物咀嚼也困难，因此开发合理的秸秆饲料很有前景。 3.1.3秸秆纤维利用

秸秆纤维含有天然纤维素，与麻类比较，其强度高、身长小、回潮率大、吸湿放湿快、纤维粗硬、尤其生物降解性好。在相同纤维夹持长度下，秸秆纤维的断裂强度和弹性模量均小于亚麻纤维[25]。由于秸秆纤维以上优势，防草膜、育种床、果树栽培基等，保护农作物生长的同时安全自然降解。美国研制出一种生物降解地毯，主要由椰壳纤维和稻草、麦秸等混合制成，用以育种或水土保持。普通地面、斜坡、干湿态地均能使用这种材料[26]。我国也已成功研制生产草纤维地膜，原料主要是麦秸、稻草或富含纤维素的植物。这种草纤维膜增温保温，保墒保肥，拉伸强度比聚乙烯地膜大，用后能被土壤微生物分解吸收，无毒无害[27]。并且秸秆可作盆花基质材料，在基质中起到固定根系，固定水肥作用，同时透气、可降解，所以也可作为降解花盆[28]。 3.1.4秸秆培养基利用

秸秆作为食用菌培养基的利用。玉米秸秆含一定量蛋白质和矿物质元素，与其他配料科学配比后，经热蒸、消毒、发酵、化学处理后，作为食用菌( 毛木耳、香菇等) 的栽培基质。平均生产1 kg 食用菌消耗秸秆1kg 左右。国内外利用秸秆作为培养基生产的食用菌种类已近30 种。我国利用秸秆栽培食用菌的生产技术处于世界前列[29-30]。

秸秆作为单细胞蛋白和木糖醇的培养基。微生物利用秸秆作为培养基可以获得营养价值很高的单细胞蛋白( SCP) ，而且成本低，农作物废料或工业有机物[31]。 3.2工业方面 3.2.1制浆造纸

造纸原料的紧张以及新原料的开发及加工工艺的发展，使造纸行业日益注重廉价的代用原料，尤其是中低档造纸厂，已逐渐开发利用稻草、麦秸和玉米秸秆。玉米秸秆在纤维强度韧性、资源等方面均优于其它秸秆，其纤维性能近似苇子，工艺及原辅材料配方与苇子加工制纸一样。玉米秸秆是秸秆种类当中制作纸张的较好材料，其纤维强度韧性好[32]。作物秸秆制浆造纸在我国是一项较为成熟的技术，问题在于制浆后的黑液对环境带来严重污染，需要相应的废水处理技术予以完善[33]。

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热解也称为干馏，指在缺氧条件下加热，将有机物热解产生气体、液体和固体。秸秆炭化技术也是热解技术的一种。近年来国外研究快速热解技术制取液体燃料油，液化油得率以干物质计达70%[38]。浙江大学在我国率先开发出流化床闪速热裂解制油试验装置，又扩建了20 kg /h 处理量的示范试验装置[39]。秸秆气化集中供气技术作为生物制热解气化技术的一种，由秸秆处理装置、气化机组、燃气输配系统、燃气管网和用户燃气设施5部分组成。它可将秸秆等原料粉碎后在气化反应炉中通过热解反应或高温裂解，变成以CO 和H2为主的可燃气体。 3.3.4沼气

秸秆沼气是以农作物秸秆为主要发酵原料生产沼气的一种新技术，具有原料充足，生态环保，产气率高，供气周期长等优点，是解决常规沼气粪源不足、使用率低及秸秆污染的有效途径。秸秆生产沼气一般有2 种途径：一是秸秆直接进沼气池制沼气； 二是秸秆作牲畜饲料，牲畜粪便入沼气池制沼气[40]。利用秸秆制沼气即用秸秆和畜禽粪便混合发酵制沼气，不仅可解决农村的煮饭和照明问题，还可与柴油混合使用，节约柴油70% ～80%。另外，沼液沼渣中含有丰富的氨基酸和蛋白质，是很好的速效肥。沼气液的中下层是喂猪和养鱼的优良饲料添加剂，沼渣是栽培食用菌的好原料。这种秸秆利用方式具有较高的经济、环境和社会三大效益。 3.3.5秸秆产氢

许多专性厌氧和兼性厌氧微生物，如丁酸梭状芽抱杆菌、拜式梭状芽抱杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌等，能利用多种底物在氮化酶或氢化酶的作用下将底物分解制取氢气。发酵生物制氢的适用范围极为广泛，可利用各种废弃生物质生产清洁的氢能源，如：甲酸、丙酮酸、CO这些物质广泛存在于工农业生产的污水和废弃物中。厦门大学201X 年建立了一套小规模秸秆生物分解、生物制氢、氢发电的系统装置，产氢量130L/kg( 秸秆) 以上，生物质中氢的转化率大于60%，日产氢可达1000L以上。 3.4秸秆在环境污染治理领域的应用

秸秆是一种较好的重金属吸附材料[41-42]。目前，关于玉米秸秆作为吸附剂对阳离子重金属( 如Cu、Zn、Pb、Cd 等)的吸附研究报道较多，对阴离子类污染物的吸附研究报道较少。从热力学角度探讨玉米秸秆对阴离子型污染物吸附机理的研究报道更少[43]。研究发现，改性后的秸秆作为吸附剂，对磷酸根离子和四环素有良好的去除率[44-45]球形纤维素是改性秸秆研究的一个新焦点，因为秸秆纤维内存在大量氢键，纤维素结构复杂，具有很高的结晶度，导致纤维素对试剂的可极度低、溶解困难，反应性能及化学均一性差，直接影响纤维素制品的使用性能[46-47]。而球形纤维素具有疏松和亲水性网络

结构的基体，通透性和水力学性能好，表面积大，适用于床式吸附处理的特点[48]。

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3.5秸秆在食品和商业领域的利用

秸秆中含有大量的淀粉，将其提取可制醋、制木糖醇和木聚糖酶[49]，酿酒以及加工各种糕点。张启峰等以玉米秸秆为原料，经预处理、水解、净化、催化氢化、浓缩、结晶、过滤和干燥等工艺得到符合国内食品级质量标准的木糖醇[50]。

秸秆同样用于编织业，因为秸秆保温防冻，又吸汗防湿，透气性好，也可以作为包装材料的原料，生产出的可降解型包装材料环保无污染，保温时间长。秸秆用于编织业草垫既可保温防冻，又具有吸汗防湿的功效；而品种繁多的草编织品、由于工艺精巧，透气保暖性好，装饰性佳，深受国内外消费者的喜爱。 图3-1 秸秆有机肥料 图3-2 秸秆饲料 图3-3 秸秆煤 图3-4 秸秆基 图3-5 秸秆建材 图3-6 秸秆发电 4.国内外现状及发展趋势 4.1国外农作物秸秆资源利用进展 (1)农作物秸秆能源化

目前，发达国家正在积极研发农作物秸秆转化为绿色能源，如丹麦是一个农业发达的国家，直到七十年代受石油危机和环境保护的压力，丹麦开始重视研究和开发农作物稻杆集中供热技术，经过十多年的努力，丹麦的农作物秸秆供热技术在世界范围内相对成熟[51]，从经济和环境双重角度都是具有竞争能力的。上世纪八十年代，丹麦BWE公司率先研发农作物秸秆生物燃烧发电技术，于1988年诞生了世界上第一座稻杆生物燃料发电厂，实现了热电联产，并且炉灰还可作为肥料使用，增加农民效益。

位于丹麦首都哥本哈根以南的阿维多发电厂是全球效益最高、最环保的热电联

共电厂之一，每年可燃烧15万t稻杆，满足几十万用户的供热和用电需求[52]。 而农作物秸秆提炼乙醇是在美国的最新发展，美国能源部网站上明确指出，小麦结杆是可再生生物能源的一个重要来源。201X年6月，美国农业部和能源部联合声明，共同设立基金用于生物燃料、生物能源及相关产品的研究与开发[52]。

对于燃料和粮食依赖进口的日本来说，开发出利用植物纤维的生物燃料是非常重要的[52]，所以地方研宄单位正在积极研发农作物秸秆转提炼液体燃料技术，目前己有相应研究成果，正进入实用化阶段。 (2)农作物秸秆工业原料化

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秸秆常常在通过气化、制沼气等处理中作为工业原料。秸秆气化是将粉碎后的秸秆用过气设备热解，经氧化和还原反应转换成一氧化碳和氢等可燃气体，每1 kg小麦、水稻、玉米秸秆的产气量分别为0. 45、0. 40、0. 50 m3。秸秆气化集中供气技术以农村各种大量的秸秆为主要气化原料，以集中供气的方式向农民提供燃气，气化后使用总效率可达35%～45%，而直接燃烧秸秆效率最高也仅12%～15%。农作物秸秆工业原料化做得比

较好的是美国，美国每年可收集的麦稻轩约4500万t，用途广泛。农作物秸秆建筑起源于美国，在上世纪九十年代迅速发展起来，随后普及到加拿大、澳大利亚、欧洲、亚洲及南美洲等国家，它作为一种生态建筑备受人们的重视。大多数农作物秸秆砌块的原材料采用相对坚軔的小麦和黑麦稻杆[53]，目前已形成完整的工业生产体系。 (3)农作物稻杆肥料化和饲料化

在农作物秸秆资源尚未大批量用于转化能源阶段，日本农作物秸秆主要被作为肥料和词料，其中肥料化利用约占75%，饲料化利用约占15%，其余就地燃烧。而加拿大农作物秸秆种类以玉米秸秆和小麦秸秆为主，玉米秸秆作为饲料喂牛，其他秸秆以粉碎还田作肥料[52]。 4.2国内农作物秸秆资源利用进展

目前国内关于农作物稻杆资源的研究多集中于秸秆资源总量、稻汗资源利用现状、综合利用途径以及秸秆焚烧等方面。长期以来，把农作物稻杆界定为农业附属产品，资源产量不列入有关部门的统计项目内，对其分析多数是建立在统计资料基础上，缺乏系统的研究，导致对农作物稻轩资源评价研究存在一定的局限性，主要表现在对农作物秸秆资源估算的不全面[54-57]。

例如李京京等[58]从一般系统论的观点出发，对可再生能源资源的系统评价方法进行研究，并建立可再生能源资源评价的指标体系。娄伟等[59]基于SEE-2R模型(Social、Economic、Environmental、Renewable、Resources)，采用情景分析法、层次分析法、德尔菲法、可持续发展评价方法对可再生能源开发的可持续性进行评价。崔明等[60]对201X年中国稻谷、小麦、玉米、棉花和油菜等5种主要农作物秸秆资源的理论资源量、收集系数、可收集利用量、可能源化利用数量等进行了估算和评价。等[61]综述生物质能现有估算方法的基础上，利用己有统计资料和数据，定量计算中国生物质能源的数量，并对其地理分布格局进行了探讨。李志刚等[62]通过对山东省滨州市小麦、玉米和棉花3种主要农作物株高、留巷高度、收割方式等内容的实地调查与测定，科学估算稻杆资源量。王亚静等[63]按照确定的秸秆资源可收集利用系数，估算出中国各类秸秆资源的可收集利用量。对秸秆资源在五料（燃料、饲料、肥料、工业原料、食用菌基料）上的适宜性和其各自的可收集利用量作出定量或定性的评价。姚宗路等[]通过对黑龙江省农作物稻杆资源全面调查，研究了各地区的秸秆资源量及利用现状，并根据经济社会发展趋势对农作物秸秆资源量以及利用途径进行了中长期测。周心萍等[65]对我国主要农作物秸秆、薪柴和固体废弃物资源进行能源化利用可持续评价，列出了我国我1991~201X年各类农作物

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经济产量以及201X年全显各地区农作物经济产量，并通过草谷比测算出我国农作物秸秆资源总量，从1991年~201X年，我国农作物秸秆资源量时稳步上升，拥有量从5.5亿t增加 到7.7亿t。

近年来学者们釆用简单资源量测算法对农作物秸秆资源量进行估算，且主要针对生物质能可获得性或者适宜性评价方面展幵系统研究，对于农作物稻奸资源开发利用可持续发展评价这方面的研宄较少，故开展本研究是非常必要的。 5.实施方案及工艺路线（包括实验方案确定、工艺路线选择、技术关键、研究内容或设计内容） 5.1主要研究内容： （1）秸秆生产燃料乙醇工艺 （2）秸秆的预处理技术

（3）对预处理结果进行测定及分析 （4）发酵工艺

（5）对不同方法所产生的乙醇浓度分析 5.2实验药品及仪器的选择：

药品：稀酸（H2SO4）、浓酸（H2SO4、HCl）、Ca(OH)2、NaOH甲基橙试剂、酿酒酵母菌、蒸馏水

仪器：玻璃棒、烧杯、量筒、移液管、胶头滴管、搅拌器、电饭锅、粉碎机、水浴锅、旋转蒸发器、干燥箱、温度计、PH试纸、分析天平、弹簧秤、循环水式真空泵 5.3设计实验步骤 5.3.1实验方法

湿氧化法等。预处理的作用是因为秸秆结构复杂，纤维素、而且半纤维素部分和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构，因此必须经过预处理使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键破坏晶体结构，降低聚合度。 水解工艺秸秆预处理后，需对其水解，使其转化成可发酵性糖。水解是破坏纤维素和半纤维素中的氢键，将其降解成可发酵性糖：戊糖和己糖。纤维素水解只有在催化剂存在下才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。

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从葡萄糖转化成乙醇的生化过程是简单的，通过传统的酒精酵母，使反应在30℃条件下进行。但半纤维素构成了农作物秸秆的相当部分，其水解产物为以木糖为主的五碳糖，还有相当量的阿拉伯糖生成（可占五碳糖的10%~20%），故五碳糖的发酵效率是决定过程经济性的重要因素。目前主要的发酵方法有直接发酵法、间接发酵法、混合菌种发酵法、同步糖化发酵法、非等温同时糖化发酵法、固定化细胞发酵等。 5.3.2实验步骤

第一步：秸秆的简单处理

用粉碎机将秸秆粉碎，装入袋中封存，以备后用。 第二步：秸秆的预处理 密封放置一段时间。 第三步：中和酸碱性

预处理结束后，对上述溶液进行抽滤，在滤液中加入酸碱指示剂，用蒸馏水洗涤滤渣，一直到滤液PH在5~6之间。 第四步：发酵

在上述滤液滤渣中加入一定量的酿酒酵母菌，密封放置一段时间。 第五步：提炼乙醇

乙醇俗称酒精，它以粮食及各种植物纤维为原料，经发酵、蒸馏制成。将乙醇进一步脱水再与适量汽油混合后即可形成“燃料乙醇”，又称乙醇汽油。如图所示乙醇是太阳能的一种表现形式。植物将太阳能与CO2转化为生物质—秸秆，秸秆通过工业技术生产出燃料乙醇，乙醇经燃烧利用后重新产生水和CO2。在整个自然界大系统中，乙醇的生产和消费过程可形成无污染的闭路循环，永恒再生，永不枯竭。

图 5-1 纤维素乙醇在自然界中的循环

推行乙醇汽油清洁燃料，对我国的能源安全、农业建设和环境保护等方面将起到积极的推动作用。

第一，减少对进口石油的依赖，提高能源安全。我国的能源消费目前几乎全部依赖石油、煤碳等一次性资源，能源安全极易受到威胁。燃料乙醇以其安全、实用、可再生的特性成为人们首选的最有希望的替代能源之一。

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第二，建设农村经济，带动农民增收。将农业废弃物秸秆作为一种宝贵的工业原料高效转化为高附加值产品，实现产业化的同时还可以吸纳农村劳动力，将给农民带来可观的收入。

第三，降低温室气体排放，改善大气环境。与普通汽油相比，乙醇汽油燃烧时与空气的混合情况和燃烧情况均有所改善。

此外对秸秆的预处理作为秸秆开发利用中的重中之重，主要包括纤维素、半纤维素和木质素3种主要成分(统称木质纤维素)。木质纤维素的糖化液中所含的可发酵糖包括源于纤维素的葡萄糖、甘露糖和半乳糖等六碳糖，以及源于半纤维素的木糖和阿拉伯糖等五碳糖。而木质素是一种高分子芳香族化合物，不能水解成糖。因此，纤维素和半纤维素都是潜在的可发酵糖的来源。如表所示，不同植物秸秆中纤维素，半纤维素和木质素的含量也不同。玉米秸秆中的纤维素、半纤维素含量最高，小麦秸秆其次，水稻秸秆最后。因此，目前秸秆乙醇化工业主要应用的秸秆原料是玉米秸秆和小麦秸秆，而较少用到水稻秸秆。 表 几种重要植物秸秆的组成

纤维素、半纤维素和木质素是化学性质很稳定的高分子化合物，不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，它们交织在一起形成细胞壁结构，并把细胞乳合在一起，这种相互交织的结构决定了任何一类成分的降解必然会受到其它成分的制约。如木质素对降解秸秆中的碳水化合物的纤维素酶和半纤维素酶有空间阻碍作用，致使许多纤维素分解菌不能完整的分解纤维质原料。纤维素大分子间通过大量的氢键连接在一起形成晶体结构的纤维束，这种特殊结构使得葡萄糖链有序且紧密的堆积，形成了高度结晶的结构，从而 造成

了纤维素不仅不溶于水，而且也难以被降解的性质。所以，不经预处理的秸秆直接进行纤维素酶水解，糖得率很低，一般在理论得率的20%以下。 图5-2 秸秆结构示意图

如果能改善细胞壁成分，如破坏组织结构，降低纤维成分的结晶性，改善分子结构 以及去除妨碍酶解的木质素、硅酸盐等，则能大幅度地提高秸秆作为乙醇化原料的可利用性，并降低酶解成本。因此进行适当的预处理(组分分离)，破坏或改变部分结构，对于实现秸秆的高值利用是必要的。 秸秆预处理的方法 1.物理预处理方法

（1）机械粉碎法：通过破碎、碾磨等方式将秸秆粉碎为10一30mm的切片或0.2一2mm的颗粒，随着粉碎程度加深，表面积也逐渐增大，酶解速度加大。

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在机械粉碎处理方法中球磨的效率较高，高温下研磨效果更好，但能耗大，而且所处理的材料也有一定的局限性。

（2）高温分解：当秸秆在300℃以上的高温下处理时，纤维素会快速分解成为气体和残留固体。温度降低，分解速度就会减慢，会产生挥发性的副产物。高温分解后的木质纤维经0.5mol/LH2SO4，97℃，2.5h水解可以使80%一85%的纤

维素生成糖，其中葡萄糖占50%可以在较低温度条件下实现对纯纤维素的分解。 2.化学预处理法

（1）稀酸预处理通常采用浓度为0.3一3%的H2S04于110一220℃下处理原料一定时间。大多数木质纤维素经稀H2SO4反应能力增强，水解率显著提高。但稀H2SO4预处理后会产生发酵抑制物，腐蚀金属设备，因此必须在糖发酵前将酸中和。此方法反应时间长，木质素脱除效果差，能耗大，需增加后续酸处理工艺。

（2）某些碱也可用于对木质纤维素原料的预处理。NaOH预处理是应用最早最广，且比较有效的植物纤维素原料的预处理方法。氨也可被用来脱除木质素，氨处理的优点是条件比较温和，所需设备简单，试剂易于回收循环利用，对纤维素及半纤维素破坏较小，纤维素原料中所含对发酵不利的乙酞基在氨处理时将被除去，不会产生对后续发酵不利的副产物，缺点是成本相对较高。 3.物理/化合法

采用单一处理方法对木质纤维素原料进行预处理时，通常难以达到预定效果，因此往往需要采用不同方法的组合。联合法能针对不同的木质纤维素原料，综合几种单一预处理方法的优点，可显著提高酶水解效率。 秸秆的酶水解技术

水解主要是为了破坏纤维素、半纤维素的氢键，使之转化为可发酵的单糖。常用的水解工艺主要包括稀酸水解、浓酸水解和酶水解。稀酸水解容易产生大量副产物，而浓酸水解必须考虑回收浓硫酸，增加了工艺的复杂程度。酶水解所需能量较低、环境条件温和，因此是比较适合商业化的水解工艺，也是目前的研究重点。

6. 毕业设计 成果资料

201X.02.08-201X.03.15：查阅文献，完成开题 报告 及外文翻译。 201X.03.15-201X.04.05：制定实验方案，研究制备工艺。

201X.04.05-201X.05.15：在前期的工作基础上对实验进行进一步的完善。 201X.05.16-201X.05.31：完成毕业论文，准备答辩。

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