玉米秸皮粘胶纤维浆粕仿生预处理工艺和蠕动发酵罐研究

论文摘要

本论文研究工作选取玉米秸秆皮为原料,以制备纤维浆粕为研究目标。运用工程仿生学的仿生耦合设计思想,以反刍动物瘤胃及其微生态环境为生物原型,进行了玉米秸皮粘胶纤维浆粕瘤胃微生物共培养预处理工艺研究和蠕动式耦合发酵罐的设计。以瘤胃微生物降解秸秆的机理为生物原型设计了仿生预处理工艺。以瘤胃为生物原型进行了蠕动式耦合发酵罐的仿生耦合设计。设计蠕动性能试验装置,进行了蠕动对抽滤的效果影响试验装置,对蠕动式耦合发酵罐的关键性能及实现技术进行了试验研究。对玉米秸皮预水解硫酸盐法制浆和通过瘤胃直接降解的秸秆制浆进行了对比试验研究,设计了瘤胃微生物共培养预处理玉米秸皮粘胶纤维浆粕工艺。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 秸秆利用的现状
• 1.2.1 国内外秸秆研究概况
• 1.2.2 玉米秸秆结构
• 1.2.3 玉米秸秆的成分
• 1.2.4 粘胶纤维及化学方法制浆的工艺过程和机理
• 1.2.5 生物制浆现状
• 1.3 仿生设计
• 1.3.1 仿生设计的思想、理论和应用
• 1.3.2 仿生设计生物原型确定
• 1.3.3 基于瘤胃微生物降解机理的玉米秸皮仿生预处理工艺.
• 1.3.4 供瘤胃微生物发酵的设备与发酵过程调控方法
• 1.4 本论文工作的主要研究内容
• 第2章 瘤胃微生物处理玉米秸皮机理
• 2.1 瘤胃微生物处理玉米秸皮的机理
• 2.1.1 瘤胃微生物的共生、协同作用机理
• 2.1.2 瘤胃微生物的作用效果
• 2.1.3 瘤胃微生物作用于秸秆的酶学特性
• 2.1.4 瘤胃与瘤胃微生物的适应关系及协同对玉米秸秆降解.
• 2.2 基于瘤胃微生物降解机理的仿生工艺机理
• 2.2.1 工艺仿生的生物原型
• 2.2.2 瘤胃真菌及共生菌预处理秸秆工艺
• 2.2.3 瘤胃微生物的共培养技术
• 2.3 瘤胃微生物共培养发酵的过程调控
• 2.3.1 瘤胃微生物共培养需要连续培养
• 2.3.2 瘤胃微生物所需的人工环境
• 2.4 本章小结
• 第3章 瘤胃真菌及甲烷菌半连续共培养降解玉米秸皮的试验研究
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 试验动物
• 3.1.2 瘤胃微生物的采集
• 3.1.3 培养基的配制
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 瘤胃微生物的选择性半连续培养
• 3.2.2 瘤胃真菌与甲烷菌共培养产气量的测量
• 3.2.3 瘤胃微生物的分离
• 3.2.4 玉米秸皮颗粒的干物质消失量测定
• 3.3 试验结果和分析
• 3.3.1 瘤胃真菌的形态鉴定
• 3.3.2 瘤胃真菌与甲烷菌共培养产气结果
• 3.3.3 玉米秸皮降解后干物质的测量结果和分析
• 3.4 讨论
• 3.4.1 菌种的分离
• 3.4.2 产气量和对底物降解的测量
• 3.4.3 瘤胃真菌与甲烷菌半连续共培养降解秸秆应用前景
• 3.5 本章小结
• 第4章 蠕动式发酵罐的设计
• 4.1 仿生生物原型及仿生元素提取
• 4.1.1 瘤胃的静态特性与仿生模型尺寸和结构
• 4.1.2 瘤胃的动态特性与蠕动控制方案
• 4.1.3 瘤胃内环境的平衡调控与发酵罐仿生调控方案
• 4.2 蠕动发酵罐罐体的设计
• 4.2.1 提供内环境平衡的滤膜结构设计
• 4.2.3 蠕动部件
• 4.2.4 支撑壁设计
• 4.2.5 进料装置设计
• 4.2.6 蠕动发酵罐整体的结构简图
• 4.3 蠕动发酵罐管路设计及传感器的安装设计
• 4.3.1 蠕动发酵罐管路设计
• 4.3.2 传感器的安装设计
• 4.4 蠕动发酵罐控制系统设计
• 4.4.1 蠕动控制电路设计
• 4.4.2 蠕动发酵罐发酵和分离耦合控制
• 4.4.3 控制系统的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 蠕动发酵罐试验研究
• 5.1 蠕动及蠕动与膜分离耦合试验装置研制
• 5.1.1 蠕动与膜分离发酵罐关键技术试验装置概述
• 5.1.2 蠕动性能试验装置
• 5.1.3 蠕动与膜分离耦合装置
• 5.2 蠕动发酵罐蠕动性能试验正交试验设计
• 5.2.1 蠕动试验设计方法概述
• 5.2.2 采用极差分析的蠕动性能正交试验设计
• 5.3 蠕动发酵罐的蠕动对抽滤耦合试验研究
• 5.3.1 蠕动与抽滤耦合试验概述
• 5.3.2 蠕动对抽滤的耦合试验方法
• 5.3.3 蠕动与抽滤耦合试验分析
• 5.3.4 讨论
• 5.4 本章小结
• 第6章 瘤胃微生物仿生预处理制浆工艺设计
• 6.1 玉米秸皮化学制浆
• 6.1.1 化学制浆小试材料和方法
• 6.1.2 化学法浆粕结果和分析
• 6.1.3 讨论
• 6.2 瘤胃微生物仿生预处理制浆工艺设计
• 6.2.1 瘤胃微生物预处理工艺验证试验
• 6.2.2 瘤胃微生物仿生预处理制浆工艺设计
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间学术成果目录
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 附录Ⅰ蠕动试验装置控制器程序
• 导师及作者简介