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生物质颗粒直燃炉灶设计与试验

农业机械学报 2017年第10期48卷 280-285页

作者：李亚猛周雪花胡建军朱胜楠荆艳艳张全国河南农业大学机电工程学院郑州450002 生物质能源河南省协同创新中心郑州450002

针对当前生物质燃烧炉灶热效率低、火力强度达不到要求、供风不充足燃烧不完全、功能单一等问题,依据集中供餐炊事对清洁生物质颗粒燃料炉灶的需求,研制了一种以层燃为燃烧方式,集炒菜、蒸饭、烧水、供热等功能于一体的生物质颗粒直燃... 详细信息

针对当前生物质燃烧炉灶热效率低、火力强度达不到要求、供风不充足燃烧不完全、功能单一等问题,依据集中供餐炊事对清洁生物质颗粒燃料炉灶的需求,研制了一种以层燃为燃烧方式,集炒菜、蒸饭、烧水、供热等功能于一体的生物质颗粒直燃炉灶。运行性能试验结果表明:该炉灶的炊事热效率为42.9%,综合热效率达70.7%,炊事强度为14.1 k W,烟气排放指标低于国家标准,生物质颗粒燃烧较为充分,可为以生物质颗粒为燃料的集中供餐炊事炉灶的设计与应用提供科学参考。

关键词：生物质颗粒直燃炉灶设计试验

Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对玉米秸秆光发酵产氢的影响

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太阳能学报 2021年第6期42卷 438-444页

作者：赵甲张全国张志萍胡建军贺超荆艳艳河南农业大学农业部可再生能源新材料与装备重点实验室郑州450002

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VS... 详细信息

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VSS相比提升(33.11±0.01)%,此时的能量转化率也提高33.10%。产氢动力学分析结果也表明Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对反应体系有明显的影响,粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率分别为46.97 mL/g VSS和1.06 mL/(g VSS·h)。适宜的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的粒径和浓度能显著促进光发酵产氢能力,而浓度过高则会产生抑制作用。

关键词：玉米秸秆粒径浓度 Fe3O4纳米颗粒光发酵产氢

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pH值对白茅生物质光合生物产氢的影响

安全与环境学报 2022年第2期22卷 1013-1018页

作者：荆艳艳周小楷李芳王震宁张全国河南农业大学河南省生物质能源与纳米材料国际联合实验室郑州450002

为了探究pH值对白茅光合产氢体系产氢效果的影响,使用白茅生物质作为产氢原料,以产氢速率和产氢量为关键指标、以还原糖质量浓度和氧化还原电位(ORP)等为辅助指标研究pH值对白茅光合生物产氢的影响,分析几种指标的数据变化情况,提出pH... 详细信息

为了探究pH值对白茅光合产氢体系产氢效果的影响,使用白茅生物质作为产氢原料,以产氢速率和产氢量为关键指标、以还原糖质量浓度和氧化还原电位(ORP)等为辅助指标研究pH值对白茅光合生物产氢的影响,分析几种指标的数据变化情况,提出pH值对白茅光合生物产氢的影响规律。结果表明,ORP呈现先降低后上升的趋势。当pH=8时,光合细菌对白茅降解的还原糖利用率较高,超过了94.8%;累计产氢量和产氢速率达到最大,分别为422 mL和8.08 mL/h,ORP达到最小值-465 mV。试验结束时各体系的pH值维持在5.3~5.5,中性和碱性环境下白茅光合生物产氢能力明显高于酸性环境下的产氢能力,但碱性过强又对产氢能力产生抑制作用。

关键词：环境工程学 pH值光合生物制氢白茅生物质

光合细菌混合菌群HAU-M1产氢动力学实验研究

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太阳能学报 2016年第6期37卷 1547-1553页

作者：王毅张川荆艳艳张全国路朝阳河南农业大学农业部农村可再生能源新材料与装备重点实验室郑州450002 华北水利水电大学电力学院郑州450011

研究光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物,光合产氢过程中的生长和产氢动力学特性,分析混合菌群利用葡萄糖产氢过程中的基质降解规律及代谢产物的生成规律。研究结果表明:光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物产氢时,150 mmol/L的葡萄糖添加量是... 详细信息

研究光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物,光合产氢过程中的生长和产氢动力学特性,分析混合菌群利用葡萄糖产氢过程中的基质降解规律及代谢产物的生成规律。研究结果表明:光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物产氢时,150 mmol/L的葡萄糖添加量是最佳添加浓度,产氢过程存在代谢产酸的过程,产氢高峰期葡萄糖主要代谢产物为乙酸,此时产气速率大;产氢末期葡萄糖主要代谢产物为丁酸,此时产气速率较低。建立基于Monod方程的光合细菌混合菌群产氢过程中的生长动力学模型,模型可较好地描述混合菌群产氢过程中生长延滞期和对数增长期菌体的生长变化规律,最大比生长速率μmax为0.214 h^(-1),饱和常数KS为8.257。建立光合细菌混合菌群产氢过程中的底物消耗动力学模型,模型可较好地描述混合菌群产氢过程中产氢延滞期和产氢高峰期的葡萄糖降解规律,细胞得率系数YX/S为0.352 g/mol,维持系数m为0.85。

关键词：光合细菌混合菌群混合菌群产氢 HAU-Ml 动力学 Monod方程

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光合细菌产氢系统热效应实验研究

光合细菌产氢系统热效应实验研究

作者：荆艳艳河南农业大学

学位级别：硕士

光合细菌在产氢过程中系统产热,会使光合反应器产生温度应力变形,影响光合制氢体系的产氢量和产氢速率,更重要的是光合细菌产氢放热的同时,酶的活性有所变化,它直接影响产氢的效率,所以对光合细菌产氢系统热效应的研究是非常重要的。 ... 详细信息

光合细菌在产氢过程中系统产热,会使光合反应器产生温度应力变形,影响光合制氢体系的产氢量和产氢速率,更重要的是光合细菌产氢放热的同时,酶的活性有所变化,它直接影响产氢的效率,所以对光合细菌产氢系统热效应的研究是非常重要的。本文是国家自然科学基金项目“光合生物制氢体系的热效应及产氢机理研究”的主要研究内容(项目编号:50676029),主要是依据生物热效应的原理和光合细菌制氢的特点,利用课题组筛选的光合细菌,研究了在光合细菌产氢过程中,系统产热速率的变化规律,并进一步研究了光合生物制氢体系在热效应的影响下,光合细菌产氢能力的变化规律,还研究探讨了热效应对光合细菌固氮酶和放氢酶活性的影响作用。结果表明: 1.光合细菌产氢时初始条件对系统产热速率有不同程度的影响,同一条件下,系统温度随产氢时间的延长呈增加趋势,产热速率随产氢时间的延长呈先增大后减小的趋势。 2.热效应对产氢能力的影响:初温低于27℃,热效应有利于产氢能力提高,温度高于27℃,不利于产氢;在热效应的影响下,500～3000Lx光照强度范围内,光合细菌的产氢量和产氢速率都随光照强度增加呈增加趋势;接种量小于20%时,热效应有利于产氢能力的提高,接种量大于20%,产氢能力有所降低,并且在产氢过程中出现二次产氢现象;同一碳源,有热效应影响的系统产氢能力大于无热效应的系统,在实验所选择的四种碳源中,葡萄糖是最好的产氢碳源,热效应影响下葡萄糖浓度为3.0 %时,产氢能力最好;NH浓度小于0.6g/L时,热效应有利于产氢能力的提高,NH浓度为0.8g/L时,热效应不利于产氢能力的提高,但有利于细菌的生长繁殖。 3.固氮酶活性和放氢酶活性呈正相关关系,固氮活性越高,放氢活性也越高。热效应对酶活性的影响表明:初始温度为27℃,固氮酶和放氢酶活性的活性表达最为显著;光照强度在500～3000Lx范围内,增加光照强度,有利于固氮酶和产氢酶活性的提高;接种量为5%～20%时,热效应能够促进固氮酶和放氢酶活性的提高;除葡萄糖浓度为0.5%时,放氢酶活性不表达外,其他以葡萄糖为碳源的光合细菌有较高的固氮酶和放氢酶活性,葡萄糖浓度为3.0%时,固氮酶和放氢酶的活性最高,分别是495 nmolC2H4/mL菌液/h、925 nmolH2/mL菌液/h,蔗糖次之,而以乙酸和乳酸为碳源,光合细菌有比较低的固氮酶和放氢酶活性;不同NH浓度,热效应能够促进酶活性的表达,NH浓度为0.4g/L时活性表达最为显著。 4.热效应对氢气浓度的提高有明显的促进作用。系统温度升高越多,氢气浓度也越高。 5.以葡萄糖为碳源,光合细菌的增长速度最快,其次是蔗糖,乙酸,然后是乳酸。葡萄糖浓度为0.5%时,光合细菌只发生色素变化不产氢,在807nm和863nm处的吸收峰不随时间延迟而消失。

关键词：光合细菌产氢系统热效应酶活性

维生素B_(4)对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

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热科学与技术 2021年第5期20卷 495-501页

作者：周楠荆艳艳夏晨曦韩铭张全国河南农业大学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450006

以玉米秸秆类生物质为产氢原料,研究维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明:当维生素B_(4)质量浓度为75 mg/L时,光合细菌生长情况最好,细菌干重最大值为0.934 g/L;维生素B_(4)质量浓度为100 mg/L时,氢气累积... 详细信息

以玉米秸秆类生物质为产氢原料,研究维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明:当维生素B_(4)质量浓度为75 mg/L时,光合细菌生长情况最好,细菌干重最大值为0.934 g/L;维生素B_(4)质量浓度为100 mg/L时,氢气累积产量达178 mL,比对照组显著提高了43.8%,对光合细菌产氢的促进效果最好;添加维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌发酵产氢过程的pH值影响显著,可减弱发酵液酸化,有利于光合细菌发酵产氢。可知,维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌生长及秸秆类生物质光合产氢具有明显的促进作用,可为进一步研究开发秸秆类生物质光合细菌发酵产氢工艺技术提供科学参考。

关键词：维生素B_(4) 秸秆类生物质光合细菌生物制氢

光合-厌氧混合菌群生物共发酵产氢动力学研究

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农业机械学报 2019年第3期50卷 294-299页

作者：杜金宇任学勇青春耀荆艳艳李林泽王毅河南牧业经济学院能源与动力工程学院郑州450011 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083 河南农业大学农业农村部农村可再生能源新材料与装备重点实验室郑州450002

以光合、厌氧细菌混合菌群为对象,研究了混合菌群共发酵产氢过程中产氢动力学特性,建立了混合菌群生物共发酵产氢过程中关于菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。将光照因素引入混合菌群产氢动力学模型中,采用同伦摄动法(HPM)... 详细信息

以光合、厌氧细菌混合菌群为对象,研究了混合菌群共发酵产氢过程中产氢动力学特性,建立了混合菌群生物共发酵产氢过程中关于菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。将光照因素引入混合菌群产氢动力学模型中,采用同伦摄动法(HPM)对非线性动力学模型进行求解,得到了混合菌群共发酵产氢过程中菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。通过与实验数据对比,模型与实验数据基本一致,能够很好地反映出共发酵产氢过程中产氢参数的变化趋势。对建立的3个动力学模型的动力学参数的相互关系及其敏感性进行了分析,研究发现动力学参数中最大比生长速率对模型结果的影响最大,最大比生长速率对菌体质量浓度影响的变化量达到79%,对底物质量浓度影响的变化量达到118%,对产氢量影响的变化量达到98. 4%。

关键词：生物制氢混合菌群共发酵动力学模型同伦摄动敏感性分析

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超微玉米秸秆的沉降稳定性及产氢能力研究

太阳能学报 2014年第6期35卷 960-964页

作者：荆艳艳李丁丁罗晓周威献张全国河南农业大学机电工程学院郑州450002

以红螺菌科光合细菌为实验菌种，以超微玉米秸秆为产氢底物，研究超微玉米秸秆的沉降稳定性及产氢能力，结果表明超微粉碎时间越长，颗粒度越小，超微玉米秸秆的比重和沉降速度越大，且超微粉碎技术可增大光合细菌和玉米秸秆的接触面积... 详细信息

以红螺菌科光合细菌为实验菌种，以超微玉米秸秆为产氢底物，研究超微玉米秸秆的沉降稳定性及产氢能力，结果表明超微粉碎时间越长，颗粒度越小，超微玉米秸秆的比重和沉降速度越大，且超微粉碎技术可增大光合细菌和玉米秸秆的接触面积，提高光合细菌的产氢能力，但粉碎粒度太小，超微秸秆内部具有较强的凝聚作用，玉米秸秆的稳定性降低，超微玉米秸秆沉积于反应器底部，难以及时被分解利用，最佳粉碎时间60—80min。

关键词：玉米秸秆光合产氢沉降稳定性超微

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小麦秸秆厌氧干发酵气肥联产试验研究

河南农业大学学报 2012年第4期46卷 402-405页

作者：王艳锦黄俊张全国荆艳艳河南农业大学机电工程学院河南郑州450002

研究了小麦秸秆中温厌氧干发酵条件对沼气产量以及发酵残留物中有机质、氮、磷、钾含量的影响.结果表明,提高接种量可以提高沼气产量和甲烷含量,但过多的接种量会使单位总固体质量的沼气产量和甲烷产量降低.小麦秸秆厌氧干发酵产肥兼顾... 详细信息

研究了小麦秸秆中温厌氧干发酵条件对沼气产量以及发酵残留物中有机质、氮、磷、钾含量的影响.结果表明,提高接种量可以提高沼气产量和甲烷含量,但过多的接种量会使单位总固体质量的沼气产量和甲烷产量降低.小麦秸秆厌氧干发酵产肥兼顾产气的最佳发酵条件为发酵料总固体含量为25%、秆渣质量比为1∶10,在保证较高产气量的同时,可较好地保留发酵残留物中的营养成分,能提供肥效良好的有机肥料.

关键词：农作物秸秆沼气干发酵接种量发酵残留物