摘要
草本类生物质作为优质的纤维素类生物质，其合理的资源化利用是缓解化石能源短缺、改善能源结构的理想方式之一。生物制氢技术利用废弃生物质生产氢气，在实现废弃物资源化利用的同时能够改善环境污染问题。本文选用芦竹、芦苇、狼尾草、紫花苜蓿、芒草、斑茅、象草、柳枝稷、巨菌草和荻进行生物制氢试验研究。 (1)分析了草本类生物质的理化特性。芦竹、紫花苜蓿、芒草、巨菌草的纤维素含量较高，同时芦竹的半纤维含量也较高，巨菌草的木质素含量较高。紫花苜蓿的碳氮比低于其他草本类生物质，氢含量与荻相同，高于其它草本类生物质，芦竹的硫元素含量明显高于其他草本类生物质。综合对比草本类生物质的理化特性，紫花苜蓿纤维素含量较高，在纤维素主要归属波数的吸收峰强度最大，且波峰所在波数较小，结晶度较小，理论上紫花苜蓿更适用于生物制氢。 (2)研究了酶解过程对草本类生物质暗发酵制氢的影响及发酵液理化特性的变化。结果表明酶负荷与酶解时间对制氢过程有显著的影响，对不同草本类生物质的影响显著性存在明显的差异:当酶负荷为10FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高，达到53.49mL·g-1TS(酶解时间0h);当酶负荷为20FPU·g-1TS时，此时紫花苜蓿的产氢量最高85.42mL·g-1TS(酶解时间0h)，;当酶负荷为30FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高114.88mL·g-1TS（酶解时间0h）;当酶负荷为40FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高133.23mL·g-1TS（酶解时间0h）;当酶负荷为50FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高达到143.01mL·g-1TS（酶解时间0h）。在暗发酵制氢过程中随着酶负荷的增大，暗发酵细菌的主要代谢途径由正丁酸型发酵转变为乙酸型发酵。 (3)研究了酶解条件对草本类生物质光发酵制氢的影响及过程中发酵液理化特性的变化。结果表明对不同草本类生物质的影响显著性存在明显的差异:当酶负荷为10FPU·g-1TS时，荻的产氢量最高，达到51.28mL·g-1TS（酶解时间12h）;当酶负荷为20FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高83.24mL·g-1TS（酶解时间36h）;当酶负荷为30FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高132.43mL·g-1TS（酶解时间60h）;当酶负荷为40FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高147.64mL·g-1TS(酶解时间60h);当酶负荷为50FPU·g-1TS时，紫花苜蓿的产氢量最高达到143.42mL·g-1TS（酶解时间0h）。在光发酵制氢过程中随着酶负荷的增大，光发酵细菌的主要代谢产物由正丁酸和乙酸逐渐转变为正丁酸。 (4)从能耗与环境影响多个指标对获得最大产氢量的10个草本类生物质发酵制氢过程进行分析评价。在得到最大产氢量时，暗发酵制氢相较于光发酵制氢的能耗明显较低，其中紫花苜蓿在酶负荷30FPU·g-1TS和酶解0h时暗发酵制氢的比产氢量的能量消耗最少，同时对环境的影响也最小。结果表明暗发酵制氢的综合评述结果明显优于光发酵制氢，综合评述最优的是酶负荷30FPU·g-1TS和酶解0h时暗发酵的紫花苜蓿，因此本研究选取的10种草本类生物质中，最适合生物制氢的草本类生物质是紫花苜蓿，其更适用于暗发酵制氢。
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