孫子滟 李葉青* 潘君廷

(1.中國石油大學(xué)(北京)新能源與材料學(xué)院 生物燃?xì)飧咧道帽本┦兄攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京 100081)

引 言

厭氧消化技術(shù)作為一種可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物資源化利用的有效方法,被廣泛用于城市生活垃圾及污泥、污水處理等領(lǐng)域[1-3]。近年來,通過添加導(dǎo)電碳材料來提高厭氧消化性能的研究逐漸受到人們的關(guān)注[4]。其中,生物炭由于具有原料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、表面官能團(tuán)豐富等優(yōu)點(diǎn),成為目前研究的熱點(diǎn)[5-7]。

通過改變生物炭的制備原料、熱解溫度、制備方法等因素可以得到不同性質(zhì)的生物炭,其在厭氧消化體系中呈現(xiàn)的效果也各不相同。制備生物炭的主要原料有木本植物、草本植物、畜禽糞便和污泥等。Qin等[8]分別以木本植物和草本植物為原料,在500℃下熱解制備了生物炭用于厭氧消化體系,結(jié)果發(fā)現(xiàn):添加木本生物炭的實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比能提高產(chǎn)甲烷量,而添加草本生物炭的實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組之間無顯著性差異。Indren等[9]使用木屑顆粒、小麥秸桿和羊糞為原料制備了生物炭用于厭氧消化體系,與對(duì)照組相比,添加木屑生物炭可使甲烷產(chǎn)率提高32%,而添加小麥秸稈或羊糞生物炭對(duì)厭氧消化產(chǎn)生不利影響。以上研究結(jié)果表明以木本植物為原料制備的生物炭的促進(jìn)厭氧消化性能較好。目前,對(duì)生物炭制備原料的研究主要集中在宏觀物質(zhì)方面,缺乏對(duì)其內(nèi)在組分的研究。

除原料外,生物炭的制備方法(如熱解法、水熱法等)也會(huì)影響厭氧消化性能。Wu等[10]分別使用水熱法和熱解法制備了生物炭,比較了它們對(duì)厭氧體系產(chǎn)甲烷性能的影響,結(jié)果表明采用水熱法制備的生物炭促進(jìn)產(chǎn)甲烷的效果比熱解法好。Quintana-Najera等[11]分別以橡木、藻類和水葫蘆為原料,使用水熱法制備了生物炭,發(fā)現(xiàn)它們對(duì)厭氧消化體系均產(chǎn)生了抑制作用。由于水熱炭和熱解炭的性質(zhì)相差較大,目前關(guān)于它們對(duì)厭氧消化體系作用的影響沒有明確的認(rèn)識(shí),因此有必要對(duì)生物炭的制備方法在厭氧消化中的作用效果進(jìn)行進(jìn)一步研究。

為了深入闡明生物炭的制備原料和方法對(duì)厭氧消化過程的作用機(jī)理,本文以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)純組分——纖維素、半纖維素和木質(zhì)素為原料,分別采用水熱法和熱解法制備了生物炭;以簡單有機(jī)物——葡萄糖為底物,考察了所制備的生物炭對(duì)厭氧消化產(chǎn)甲烷性能的影響,并從微生物群落、官能團(tuán)組成和電導(dǎo)率等方面探究了其作用機(jī)理,以期為相關(guān)研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

纖維素采用微晶纖維素,100目(篩孔尺寸為0.150 mm),薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司;半纖維素采用木聚糖,純度95%,梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司;木質(zhì)素采用堿木質(zhì)素,化學(xué)純,薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司;葡萄糖,分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;用于厭氧消化試驗(yàn)的接種液取自長期穩(wěn)定運(yùn)行的餐廚處理廠的沼液,其總固體含量(TS)為(2.52±0.01)%、揮發(fā)性固體含量(VS)為(1.02±0.03)%;FastDNA?Spin Kit for Soil試劑盒,美國MP Biomedicals公司。

1.2 生物炭的制備

1.2.1 水熱炭

水熱炭的制備在微型高壓反應(yīng)釜(TGYF-B型,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)內(nèi)進(jìn)行。分別準(zhǔn)確稱取10 g纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,與30 mL去離子水混合,置于反應(yīng)釜的內(nèi)膽中,放入轉(zhuǎn)子,蓋好釜蓋,擰緊螺母,放置在帶有磁力攪拌器的加熱套中。設(shè)置磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速為100 r/min,以10℃/min的升溫速率加熱至265℃,并維持10 h。加熱完成后,待水熱合成釜冷卻至室溫后擰開螺母,將釜內(nèi)的固液混合物倒入漏斗中,用去離子水和乙醇分別清洗至溶液澄清。將清洗過濾得到的水熱炭置于蒸發(fā)皿中,放入烘箱內(nèi),于80℃下干燥12 h,研磨,過80目篩(篩孔尺寸為0.180 mm),置于離心管中密封保存,分別命名為纖HTC、半HTC和木HTC。

1.2.2 熱解炭

使用管式爐(OTF-1200X型,合肥科晶材料技術(shù)有限公司)制備熱解炭。在磁舟中分別稱取適量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,置于管式爐中,關(guān)閉爐門,擰緊法蘭,打開管式爐的氣體進(jìn)出口閥門,連接真空泵,抽至壓力表顯示負(fù)壓,表示爐內(nèi)處于真空狀態(tài)。然后連接氮?dú)馄?緩慢通入氮?dú)?使?fàn)t內(nèi)充滿氮?dú)?。設(shè)置管式爐加熱程序,以10℃/min的升溫速率加熱至600℃,并維持1 h。待加熱程序結(jié)束后,爐溫降至80℃以下,取出磁舟,將得到的生物炭分別用去離子水、乙醇抽濾清洗,直至濾液澄清。將清洗的熱解炭置于烘箱內(nèi),于80℃下干燥12 h,研磨,過80目篩,置于離心管中密封保存,分別命名為纖PC、半PC和木PC。

1.3 厭氧消化試驗(yàn)

使用全自動(dòng)甲烷潛力檢測系統(tǒng)(AMPTSII,中國海寧碧普儀器(海寧)有限公司)進(jìn)行厭氧消化試驗(yàn)。該系統(tǒng)由厭氧消化單元、二氧化碳吸收單元和產(chǎn)氣計(jì)量單元3部分組成。發(fā)酵瓶體積為100 mL,工作體積為80 mL,以葡萄糖為底物,添加量為10 g/L,接種液的接種量為10 g/L(基于VS),生物炭的添加量為10 g/L。設(shè)置空白組(只添加接種液),用于扣除接種液內(nèi)源有機(jī)物的產(chǎn)氣潛力;對(duì)照組(添加葡萄糖和接種液);試驗(yàn)組(添加葡萄糖、接種液和生物炭)。每組均做3個(gè)平行,分兩次試驗(yàn)(使用同一批沼液,剩余沼液置于37℃恒溫箱中,接種0.5 g/L葡萄糖馴化,用于下次試驗(yàn))。另外,設(shè)計(jì)了只添加生物炭和接種液的空白組,以驗(yàn)證生物炭本身是否產(chǎn)氣,試驗(yàn)證明6種生物炭均不產(chǎn)氣。待物料添加完成,擰緊瓶蓋,連接通氣管,通入氮?dú)?～5 min以排盡體系內(nèi)空氣。發(fā)酵瓶的溫度維持在37℃,轉(zhuǎn)速為80 r/min,啟動(dòng)程序,記錄產(chǎn)氣數(shù)據(jù)。采用IBM SPSSStatistics 21軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,采用單因素方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),P＜0.05表示差異具有顯著性。

1.4 分析與測試

通過高通量測序分析微生物群落組成。使用FastDNA?Spin Kit for Soil試劑盒提取沼液樣品中的基因組DNA,并進(jìn)行PCR擴(kuò)增和純化等步驟,高通量測序和統(tǒng)計(jì)分析由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

使用全自動(dòng)元素分析儀(EA3000型,EuroVector,意大利)測定樣品的碳、氫、氮含量,氧含量通過差值法確定;使用電導(dǎo)率儀(FE30K型,Mettler-Toledo公司)測定生物炭懸浮液的電導(dǎo)率;使用傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)(VERTEX70型,德國Bruker公司)測試生物炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 水熱炭對(duì)葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷性能的影響

圖1為水熱炭介導(dǎo)的葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷的特性曲線。由圖1(a)可以看出,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長,累積產(chǎn)甲烷量逐漸增加并達(dá)到最大值,且添加水熱炭的試驗(yàn)組的總產(chǎn)氣量均略高于對(duì)照組,但沒有顯著性差異(P＞0.05)。T80或T90為達(dá)到最大累積產(chǎn)氣量80%或90%所需要的時(shí)間,通常代表產(chǎn)氣效率[12-13],其值越小表示產(chǎn)氣效率越高。整個(gè)試驗(yàn)運(yùn)行35 d,對(duì)照組、纖HTC、半HTC和木HTC組的T80分別為28、22、20 d和19 d,T90分別為31、24、22 d和21 d,其中木HTC組的T90最小。與對(duì)照組相比,纖HTC、半HTC和木HTC組的T90分別縮短了22.58%、29.03%和32.26%。由圖1(b)可以看出,在整個(gè)厭氧消化過程中,有兩個(gè)產(chǎn)甲烷的高峰期,分別在第1天和第18～26天。所有組均在第1天出現(xiàn)了第一個(gè)產(chǎn)甲烷高峰,且各組的峰值相差不大。所有添加水熱炭的試驗(yàn)組均先于對(duì)照組達(dá)到第二個(gè)產(chǎn)氣高峰,其中添加木HTC的試驗(yàn)組在第18天最先到達(dá),此時(shí)日產(chǎn)甲烷量為22.38 mL。對(duì)照組在第26天達(dá)到第二個(gè)產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)甲烷量為18.00 mL。纖HTC、半HTC和木HTC組作用效果的差異可能與水熱炭殘留的腐殖酸等不良副產(chǎn)物有關(guān)。例如,糠醛被發(fā)現(xiàn)是半纖維素水熱碳化過程中水相的主要產(chǎn)物,該產(chǎn)物對(duì)厭氧消化會(huì)產(chǎn)生抑制作用[14]。以上結(jié)果表明:添加水熱炭可以加快厭氧消化產(chǎn)甲烷的速率,提高厭氧消化效率,這與Ren等[15]的研究結(jié)果相似;以木質(zhì)素為原料制備的水熱炭的促厭氧消化效果更好。

圖1 水熱炭對(duì)葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷的影響Fig.1 Effect of hydrothermal carbon on methane production by anaerobic digestion of glucose

2.2 熱解炭對(duì)葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷性能的影響

圖2為熱解炭介導(dǎo)的葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷的特性曲線。由圖2(a)可以看出,添加熱解炭的試驗(yàn)組的總產(chǎn)氣量與對(duì)照組之間沒有顯著性差異(P＞0.05),這與添加水熱炭的試驗(yàn)組結(jié)果一致。整個(gè)試驗(yàn)運(yùn)行32 d,對(duì)照組、纖PC、半PC和木PC組的T80分別為4、3、3 d和5 d,T90分別為13、5、7 d和6 d。與對(duì)照組相比,纖PC、半PC和木PC組的T90分別縮短了61.54%、46.15%和53.85%。從T80到T90,木PC組僅用了1 d,而對(duì)照組需要9 d。并且木PC組在第7天的累積產(chǎn)甲烷量就已經(jīng)超過了對(duì)照組的總產(chǎn)氣量,第6天的累積產(chǎn)甲烷量就已經(jīng)超過了纖PC組和半PC組的總產(chǎn)氣量。添加木PC的試驗(yàn)組在厭氧消化前期啟動(dòng)較慢,但在后期反應(yīng)加快。木質(zhì)素?zé)峤馓恐饕趨捬跸笃诎l(fā)揮作用,這可能是由于木質(zhì)素?zé)峤馓康谋缺砻娣e較小,微生物附著慢。有研究表明,在相同熱解溫度下,纖維素?zé)峤馓康谋缺砻娣e和碘吸附值分別為木質(zhì)素?zé)峤馓康?2倍和1.8倍[16]。由圖2(b)可以看出,在整個(gè)厭氧消化過程中,有兩個(gè)產(chǎn)甲烷高峰期,分別在第1天和第6～14天。所有組都在第1天出現(xiàn)了第一個(gè)產(chǎn)甲烷高峰,添加熱解炭的試驗(yàn)組的日產(chǎn)甲烷量均小于對(duì)照組,原因可能是在試驗(yàn)啟動(dòng)初期,熱解炭與厭氧體系沒有充分接觸。所有添加熱解炭的試驗(yàn)組均先于對(duì)照組達(dá)到第二個(gè)產(chǎn)氣高峰,其中添加木PC的試驗(yàn)組在第6天最先到達(dá),日產(chǎn)甲烷量也最大,為21.79 mL。纖PC和半PC的作用效果小于木PC,原因可能是纖維素在熱解過程中會(huì)產(chǎn)生羥甲基糠醛,半纖維素?zé)峤馍镉偷闹饕煞譃樗犷?這些成分的殘留可能會(huì)對(duì)厭氧消化產(chǎn)生不利的影響。對(duì)照組在第14天達(dá)到第二個(gè)產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)甲烷量為5.71 mL。以上結(jié)果表明:添加熱解炭可以加快產(chǎn)甲烷速率,提高厭氧消化效率;以木質(zhì)素為原料制備的熱解炭的促厭氧消化效果更好,這與Li等[17]及本課題組[18]的研究結(jié)果相似。

圖2 熱解炭對(duì)葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷的影響Fig.2 Effect of pyrolytic carbon on methane production by anaerobic digestion of glucose

2.3 微生物群落分析

2.3.1 細(xì)菌群落分布

圖3為基于綱水平的細(xì)菌群落分布?？梢钥闯?在木HTC試驗(yàn)組及其對(duì)照組中以梭狀芽胞桿菌(Clostridia)、互養(yǎng)菌(Synergistia)、擬桿菌綱(Bacteroidia)和Cloacimonadia、γ-變形菌(Gammaproteobacteria)為主。相較于對(duì)照組,木HTC試驗(yàn)組提高了Synergistia、Cloacimonadia和Gammaproteobacteria的相對(duì)豐度。Synergistia是典型的互養(yǎng)型發(fā)酵細(xì)菌,它通常與氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌共生,克服熱力學(xué)能量障礙,促進(jìn)揮發(fā)性脂肪酸的降解代謝而產(chǎn)生甲烷[19];Cloacimonadia屬于Cloacimonetes門,某些屬可將氨基酸、糖或醇轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸[20-21];Gammaproteobacteria在厭氧系統(tǒng)中負(fù)責(zé)發(fā)酵[22],它和Bacteroidia、Clostridia一樣含有大量糖酵解酶[23]。

圖3 基于綱水平的細(xì)菌群落分布Fig.3 Bacterial community distribution based on class level

在木PC試驗(yàn)組及其對(duì)照組中以Coriobacteriia、Cloacimonadia、Clostridia、Bacteroidia、Synergistia、芽胞桿菌(Bacilli)、Syntrophomonadia為主。Chao指數(shù)和Shannon指數(shù)分別反映群落豐度和多樣性[24]。水熱炭對(duì)照組的Chao指數(shù)和Shannon指數(shù)分別為309.43和3.85,熱解炭對(duì)照組的Chao指數(shù)和Shannon指數(shù)分別為295.12和2.55。顯然,無論是物種豐度還是多樣性,后者均低于前者,這可能與接種液長時(shí)間放置有關(guān)。與對(duì)照組相比,添加木PC可以促進(jìn)Cloacimonadia、Bacteroidia、Syntrophomonadia的富集。大多數(shù)屬于Bacteroidia的細(xì)菌對(duì)多糖、蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)物具有良好的水解能力,并能產(chǎn)生乙酸等短鏈脂肪酸[19];屬于Syntrophomonadia綱的細(xì)菌是互養(yǎng)型發(fā)酵細(xì)菌[25]。綜上所述,木HTC或木PC的添加可以富集互養(yǎng)型發(fā)酵細(xì)菌,并且在一定程度上促進(jìn)揮發(fā)性脂肪酸的降解,從而為直接種間電子轉(zhuǎn)移(DIET)機(jī)制的建立提供了可能。

2.3.2 古菌群落分布

圖4為基于屬水平的古菌群落分布圖。從圖中可以看出古菌群落的組成比較單一:在木HTC試驗(yàn)組及其對(duì)照組中以甲烷絲菌(Methanosaeta)和甲烷桿菌(Methanobacterium)為主,兩種古菌的相對(duì)豐度之和超過99%;在木PC試驗(yàn)組及其對(duì)照組中以Methanosaeta為主,含量約為99%。與對(duì)照組相比,木HTC和木PC的添加對(duì)古菌的相對(duì)豐度影響不大。Methanosaeta是一種專性乙酸型營養(yǎng)產(chǎn)甲烷古菌,有研究表明Methanosaeta可通過DIET機(jī)制將CO2轉(zhuǎn)化為甲烷[26]。結(jié)合2.3.1節(jié)的結(jié)果可知,添加木HTC和木PC在一定程度上富集了互養(yǎng)菌型發(fā)酵細(xì)菌,同時(shí)還有豐富的Methanosaeta的存在,這可能有助于促進(jìn)DIET機(jī)制的建立,從而提高產(chǎn)甲烷速率。

圖4 基于屬水平的古菌群落分布Fig.4 Archaeal community distribution based on genus level

2.4 生物炭的表征結(jié)果

2.4.1 元素組成和電導(dǎo)率

通過元素分析,得到本文制備的6種生物炭的元素組成,結(jié)果如表1所示。可以看出,3種水熱炭的元素組成相差不大,3種熱解炭的C、O含量相差較大;隨著熱解溫度的升高,木質(zhì)素C含量的升高和O含量的降低幅度低于纖維素和半纖維素,這與彭何歡等[27]的研究結(jié)果一致。生物炭元素的原子質(zhì)量比可以表征多種理化性質(zhì),例如H與C的質(zhì)量比(m(H)∶m(C))代表生物炭的炭化程度和芳香性,O和C的質(zhì)量比(m(O)∶m(C))代表生物炭的穩(wěn)定性和氧化性[28-29]。根據(jù)元素含量計(jì)算出6種生物炭的原子質(zhì)量比,熱解炭的m(H)∶m(C)和m(O)∶m(C)明顯低于水熱炭,這是因?yàn)闊峤馓康臒峤鉁囟雀?碳化程度大,氧含量低。以木質(zhì)素為原料制備的生物炭的m(O)∶m(C)高于其他生物炭,并且3種熱解炭的m(O)∶m(C)相差較大。這可能是因?yàn)闊峤馓康臒峤鉁囟雀?其表面含氧官能團(tuán)較少,脫氧效果因原料不同而差異顯著[30-31]。

表1 生物炭的元素組成和電導(dǎo)率Table 1 Elemental composition and electrical conductivity of the biochars

從表1中可以看出,無論是水熱法還是熱解法,以木質(zhì)素為原料制備的生物炭的電導(dǎo)率都遠(yuǎn)高于其他兩種生物炭。當(dāng)熱解溫度較高時(shí),生物炭能形成結(jié)晶度和芳香性增加的類石墨片狀結(jié)構(gòu)。這些共軛π電子系統(tǒng)的積累逐漸增大了起始材料的電導(dǎo)率,使生物炭能夠直接將電子從電子供體轉(zhuǎn)移到電子受體而不存儲(chǔ)它們[32],這種電子轉(zhuǎn)移的速度比通過氧化還原官能團(tuán)的得失電子能力傳遞電子快3倍以上[33]。這可能是以木質(zhì)素為原料制備的生物炭促進(jìn)產(chǎn)甲烷效果優(yōu)于其他兩種原料的原因。

2.4.2 官能團(tuán)

圖5是6種生物炭的FT-IR譜圖。相同方法制備的生物炭的FT-IR譜圖基本相同,只是某些峰的強(qiáng)度不同,說明在同一熱解溫度下,官能團(tuán)組成沒有變化。3 600～3 200 cm-1處的吸收峰是醇、酚、羧酸等的羥基伸縮振動(dòng)引起的;1 730 cm-1左右處的吸收峰是由羰基、醌基、酯基和羧基的C═O伸縮振動(dòng)引起的;1 650～1 450 cm-1處的吸收峰是由芳香族或苯環(huán)結(jié)構(gòu)中的C═C鍵伸縮振動(dòng)引起的[34-36]。與熱解炭相比,水熱炭明顯含有更多的吸收峰,官能團(tuán)更加豐富。熱解炭中只有木PC在3 600～3 200 cm-1存在明顯的特征峰,說明高溫?zé)峤庀律镔|(zhì)發(fā)生了脫羧、脫羰基等反應(yīng),脫除了大部分含氧官能團(tuán)。結(jié)合元素組成結(jié)果可以看出,以木質(zhì)素為原料制備的生物炭的氧含量更高、含氧官能團(tuán)更加豐富,這可能是其促進(jìn)產(chǎn)甲烷效果優(yōu)于其他兩種原料的另一原因。

圖5 生物炭的FT-IR譜圖Fig.5 FT-IR spectra of the biochars

2.5 變異性分析

為了評(píng)價(jià)生物炭的原料和制備方法對(duì)葡萄糖厭氧消化的影響,對(duì)6種生物炭進(jìn)行了變異性分析。利用統(tǒng)計(jì)方法中的變異系數(shù)(CV)計(jì)算生物炭的原料依賴性(HF)和方法依賴性(HM),如式(1)所示。HF或HM越大,生物炭的特性受原料或制備方法的影響越大[37]。

式中:cv為變異系數(shù),σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差,μ為平均值。

通過變異性分析研究了生物炭的原料和制備方法引起的異質(zhì)性,以確定生物炭特性與各因素之間的關(guān)系,結(jié)果如圖6所示。當(dāng)某一特性受原料影響較大時(shí),它會(huì)靠近Y軸,反之亦然?？梢钥闯?電導(dǎo)率和累積產(chǎn)甲烷量對(duì)生物炭原料的依賴性更大,元素組成對(duì)生物炭制備方法的依賴性更大,pH值對(duì)生物炭的原料和制備方法的依賴性相近。

圖6 生物炭的原料依賴性(HF)和方法依賴性(HM)的比較Fig.6 Comparison of raw material dependence(HF)and method dependence(HM)of the biochars

3 結(jié)論

本文以生物質(zhì)純組分——纖維素、半纖維素和木質(zhì)素為原料,分別在265℃和600℃下制備了水熱炭和熱解炭,研究了生物炭的原料和制備方法對(duì)葡萄糖厭氧消化的影響,并探究了其作用機(jī)理,得到如下結(jié)論:

(1)與對(duì)照組相比,生物炭的添加不能提高葡萄糖的總產(chǎn)氣量,但能加快厭氧消化速率,提高消化效率;相較于纖維素和半纖維素,以木質(zhì)素為原料制備的生物炭的促厭氧消化效果更好。

(2)與對(duì)照組相比,添加木HTC和木PC均能在一定程度上富集互養(yǎng)型發(fā)酵細(xì)菌,這可能有助于促進(jìn)DIET機(jī)制的建立,從而提高產(chǎn)甲烷速率。

(3)制備方法相同時(shí),相較于纖維素和半纖維素,以木質(zhì)素為原料制備的生物炭的表面含氧官能團(tuán)更加豐富且電導(dǎo)率更高,這可能是其強(qiáng)化厭氧消化效果的關(guān)鍵特性。

(4)變異性分析結(jié)果表明,相較于生物炭的制備方法,電導(dǎo)率和累積產(chǎn)甲烷量對(duì)生物炭原料的依賴性更大。

木質(zhì)素中3種單體的甲氧基含量的差異和提取方法的不同都會(huì)對(duì)木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,導(dǎo)致熱裂解特性與機(jī)理非常復(fù)雜。生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素這3種組分通過非共價(jià)鍵連接,形成了復(fù)雜而緊湊的纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),它們的不同連接方式、組合方式制備的生物炭對(duì)厭氧消化的影響尚不明確,這些都是今后研究需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。