多元农林废弃物梯级生物制氢及产物分布
刘紫豪1
王万鹏1
FOONG Shin Ying2
苏升煜3
艾福轲1
周禧盈1
胡兵1
张全国4
张志萍1
1.河南农业大学 小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室 农业农村部可再生能源新材料与装备重点实验室,河南 郑州 4500022.Higher Institution Centre of Excellence(HICoE),Institute of Tropical Aquaculture and Fisheries(AKUATROP)Universiti Malaysia Terengganu,Terengganu Kuala Nerus 21030,Malaysia3.常州大学 生物质高效炼制及高质化利用国家地方联合工程研究中心 城乡矿山研究院,江苏 常州 2131644.河南农业大学 小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室 农业农村部可再生能源新材料与装备重点实验室,河南 郑州 450002;黄河科技学院 现代农业工程研究院,河南 郑州 450044
摘要：农林废弃物作为重要的生物质资源,其高值化能源转化是实现可持续发展与"双碳"目标的有效途径之一.为实现农林废弃物的高值化能源转化,创新性地构建了光合生物制氢与微波热解协同的梯级转化模式.该模式旨在克服单一转化技术的局限性,通过生物与热化学过程的耦合,实现全组分资源的梯级、高效利用.以小麦秸秆、月季杆、竹子、棉花杆和花生杆 5 种典型木质纤维素类废弃物为原料,系统开展了光合生物制氢及微波热解(参数:物料量 20 g、热解时间 20 min、微波功率 800 W)梯级制氢工艺研究.通过气相色谱(GC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和氮气吸附比表面积(BET)等分析手段,对产氢过程中的物质转化机制、尾渣组分演变及产物分布特征进行了定量定性研究.结果表明:在光能驱动下,光合菌群利用其固氮酶和氢酶系统,通过厌氧光生化反应介导底物中碳水化合物的生物降解与脱氢过程,实现初步产氢(7.994～21.211 mL/g).光合生物制氢后的尾渣主要富含难降解的木质素和部分未利用的纤维素和半纤维素残余物.尾渣经微波热解后,残余有机质经热裂解、脱羧及芳构化等反应进一步产氢(87.97～226.905 mL/g).其中竹子总产氢最高达 242.235 mL/g,较单一光合生物制氢工艺提升422.35%.微波热解还展现出良好的碳资源赋能潜力(月季杆尾渣得炭率 54.64%)和甲烷(竹子尾渣 44.812 mL/g)的产出.
关键词：梯级制氢微波热解光合生物制氢产物分布高值化利用
分类号：TQ314(高分子化合物工业（高聚物工业）)X71(农业污染、废物处理与综合利用)
资助基金：河南省重点研发专项基金资助项目(251111110100)河南省科技研发计划联合基金资助项目(225200810042)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 202-215 )
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