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摘 要

本课题采用秸秆催化加氢降解的方法，在反应过程中降低了反应的活化能，同时提高了反应的速率和产品的产率，提供了一条绿色环保的降解方法。本实验在高压反应釜中对玉米芯进行催化加氢降解。通过单因素法考察了反应的温度、秸秆颗粒大小、转速、固液比、固固比、反应时间以及压力七个因素对秸秆降解的影响，并探究秸秆降解的的最佳工艺条件，实验结果表明最佳的工艺条件为：温度：160 ℃；反应时间：2 h；压力：1.5 MPa；固液比：1:11；固固比：3:10；秸秆颗粒大小为：40~60目；转速：600 r/min。在此工艺条件下，秸秆的降解率达到65.55%；糖的产率达到42.63%。

关键词：秸秆 催化加氢 得糖率 降解率

Study on the process of straw degradation

ABSTRACT

This paper adopts the method of catalytic hydrogenation of straw to reduce the activation energy of the reaction, and improve the reaction rate and the yield of the product. It provided a green and environmentally friendly degradation method. In this experiment, corncobs were catalyzed by hydrogenation in high pressure reactor. The effect of seven factors on the degradation of straw was studied by single factor method, such as the temperature of straw, the ratio of straw particle size, solid speed, solid ratio, solidification ratio, reaction time and pressure. The optimum technological conditions of straw degradation were studied. The optimum conditions were as follows: the temperature was 160 ℃; the reaction time was 2 h; the pressure was 1.5 MPa; the solid-liquid ratio was 1: 11; the solid fixation ratio was 3: 10; the straw particle size was 40 ~ 60 mesh; the speed was 600 r / min. Under this condition, the degradation rate of straw reached 65.55%; the yield of sugar reached 42.63%.

KEYWORDS: Straw；Catalytic hydrogenation；Sugar rate；Degradation rate

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 秸秆的组成 1

1.2.1 纤维素的结构 2

1.2.2 半纤维素的结构 2

1.2.3 木质素的结构 2

1.3 秸秆的综合利用 2

1.3.1 秸秆还田 2

1.3.2 秸秆饲料 3

1.3.3 秸秆纤维利用 3

1.3.4 秸秆能源 3

1.4 秸秆降解的研究现状 3

1.4.1 物理方法 3

1.4.2 化学方法 4

1.4.3 生物方法 5

1.5 本课题的研究目的和意义 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验材料及仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.2 实验方法 7

2.2.1 实验内容 7

2.2.2 分析方法 7

第三章 结果与讨论 10

3.1 秸秆颗粒大小对秸秆降解的影响 10

3.2 反应温度对秸秆降解的影响 10

3.3 反应釜转速对秸秆降解的影响 11

3.4 固液比对秸秆降解的影响 12

3.5 固固比对秸秆降解的影响 13

3.6 反应时间对秸秆降解的影响 14

3.7 压力对秸秆降解的影响 15

3.8 验证实验 16

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 文献综述

1.1 前言

目前，随着石油等不可再生资源的短缺，可再生能源的研究和开发是解决能源短缺和环境污染等问题的有效方法之一。生物质属于可再生资源，是植物通过光合作用将大气、水、土壤等其他物质转化而成的可循环有机体^[1]，如各种农作物秸秆、木屑、粪便、植物及其残体等。农作物秸秆是生物质中一种重要的可再生资源，由于之前没有得到重视，对农作物秸秆进行燃烧，秸秆还田等利用，这样不仅加重了环境问题，还浪费了生物质中存储的大量能量，所以秸秆的开发与资源化利用已经成为农业、资源和环境领域的重要研究热点之一。若将秸秆等可再生资源转化成可使用的燃料等资源，不仅解决了能源问题，还减少了环境的污染，有利于世界各国的发展。秸秆等木质纤维素类生物质与生俱来的抗降解屏障制约着对此类资源的开发利用，如何有效的降解成为其充分利用的关键。

1.2 秸秆的组成

农作物秸秆是一种天然高分子材料，来源丰富，密度低，价格低廉，具有良好的生物降解性^[2]。秸秆是由大量的有机物和少量的无机物以及水组成。由于环境因素的影响和秸秆种类的差异，秸秆在组成上会有一些不同，但是它的主要成分还是纤维素，半纤维素和木质素，它们的总量占秸秆总质量的70%-85%^[3]。在木质纤维素中，半纤维素与木质素相互连接将纤维素包裹在其中，三者形成致密的网状结构，从而保护着植物的细胞壁，木质纤维素的结构图如图1-1所示^[4]。

图1-1 木质纤维素结构示意图

1.2.1 纤维素的结构

纤维素从命名至今已经有一百多年的历史，对于它的结构我们已经有了较深的认识，纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。它是植物细胞壁的主要成分，由许多葡萄糖分子通过β-1,4糖苷键连接而成。纤维素的化学结构式为（C₆H₁₀O₅）_n，n代表纤维素的聚合程度^[5]。纤维素不仅是纺织和木纤维行业的基础材料，在食品，生物基产品和农业中也起着重要的作用^[6]。

1.2.2 半纤维素的结构

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