秸秆类生物质发酵法生物产氢的研究

以玉米秸秆发酵生物产氢为目标, 在考察小熊猫粪产氢特性基础上, 在批式实验条件下系统考察了预处理方法对底物糖化效率和发酵产氢的影响, 并在5 L CSABR反应器中完成了秸秆发酵产氢的验证实验. 研究表明: 以7.5 g/kg微贮剂糖化水解秸秆最有效, 秸秆经预处理后可溶性糖和乳酸含量分别达到最大值212 mg/g-TS和21 mg/g-TS; 在最佳发酵产氢条件下, 玉米秸秆的累积氢产量、产氢速率和氢浓度分别为176 mL/g-TS, 14.5 mL/g-TS·h^-1和57.2%. 反应器中主要的液相发酵副产物为丁酸、乙酸和乙醇(丁醇), 没有检测到甲烷气体存在. 在最佳的产氢周期, ORP值维持在-445 ~ -455 mV的较低水平. 实验结果表明: 底物的生物预处理在秸秆的发酵产氢过程中扮演了至关重要的角色.     

酿酒酵母菌共表达XYLA和XKS1发酵木糖生产酒精

分别从腾冲嗜热菌 (Thermoanaerobacter tengcongensis MB4T)和毕赤酵母(Pichia stipitis)中克隆到木糖异构酶基因(xylose isomerase gene, XYLA)和木酮糖激酶基因(xylulokinase gene, XKS1). 共表达这2个基因的重组菌EF1014不仅可以在以木糖为惟一碳源的培养基上生长, 而且在厌氧条件下能发酵木糖生产酒精. 在不同温度下用不同浓度的木糖分别进行的发酵实验表明, 当木糖浓度为50 g/L时, 酒精的产量达到最大值0.11 g/g 木糖. 与此同时, 28.4%的木糖被利用, 并产生1.54 g/L 的木糖醇. 当发酵温度从30℃提高到37℃时, 酒精产量没有明显变化.     

秸秆混菌厌氧链延长生产中链脂肪酸:pH调控作用

混菌发酵系统中微生物菌群和代谢路径有效调控是制取中链脂肪酸的关键.本研究以厌氧发酵重要参数pH为调控因子,考察pH对秸秆初次和二次厌氧发酵中有机酸生成的影响规律,并采用16S rRNA高通量测序分析微生物群落变化,解析pH调控与产酸性能和微生物群落之间的关系.结果表明, pH调控对秸秆初次发酵产酸性能有显著影响,酸性和中性条件有利于链延长反应,产物以丁酸和己酸为主(80%以上).然而,碱性条件严重抑制链延长反应,产物以乙酸(93.2%)和丙酸(5.5%)为主,无己酸生成.二次发酵结果表明,在酸性条件下(pH 5.6)二次发酵链延长无法进行,而pH从5.6调至7.0后,己酸浓度从1.88 g/L快速升高到11.8 g/L.微生物群落分析表明,链延长直接相关的菌属,如Clostridium Ⅳ, Clostridium Ⅺ, Clostridium ⅪVa, Clostridium ⅪVb, Clostridium XⅧ和Clostridium sensu stricto等,在中性和酸性条件下的丰度显著高于碱性条件.另外,二次发酵中pH调节并未显著改变链延长相关菌群的丰度,表明链延长微生物活性恢复是产己酸的诱因.本研究发现可为混菌发酵体系内复杂微生物群落的定向调控生产中链脂肪酸提供借鉴.     

微生物油脂花生四烯酸产生菌离子束诱变和发酵调控

某些微生物是高质量油脂的生产者.微生物油脂不仅有益健康,而且是生物柴油潜在的油脂来源.中国是个油脂资源缺乏的国家,开发微生物源油脂具有重要的意义.本文以产油微生物——高山被孢霉菌为出发菌,以单细胞油脂多不饱和脂肪酸产率为筛选目标,采用二步离子束诱变-筛选的策略,获得了高产菌株.研究了高产菌株的营养需求,创建了重复利用提油后的残体(菌粕)合成微生物油脂的技术.针对丝状真菌高密度发酵的传能和传质问题,研制了6×50和4×200m3大容量专用反应器组,单位发酵容积生物量达38.2g/L(发酵液)、油脂20.67g/L.其中具有重要生理活性的花生四烯酸产率最高达9.89g/L,平均为8.97g/L.花生四烯酸提取和精炼后的残油转化为生物柴油,主要指标达到国家生物柴油标准.     

固定化细胞技术进行乳酸发酵生产的研究

文章以乳酸菌为菌种,活化培养后固定于海藻酸钠、琼脂、明胶-戊二醛三种载体上,分别选取不同的接种量、胶珠直径、载体浓度、CaCl2浓度等因素设计单因素实验和正交实验,以36h为时间范围恒温下进行发酵;通过还原糖量和酸度的测定,衡量不同条件对乳酸产量的影响,最终选出最佳发酵工艺条件.     

香菇菌发酵蕨渣生产菌质多糖的工艺研究

探索香菇菌发酵蕨渣固态基质生产复合多糖的条件,可为蕨渣的开发利用提供理论依据.以蕨渣为主要原料,采用正交试验设计法对生产复合多糖的工艺条件(基质蕨渣比例、基质含水量、pH值和培养温度)进行了初步的优化.在本实验条件下,优化出香菇茵发酵生产蕨渣复合多糖的最佳工艺条件为:蕨渣比例80%、水份含量65%、pH7.0、培养温度为22℃.本研究首次报道利用蕨渣生产香菇菌质多糖,将为蕨渣进一步的开发研究奠定基础.     

Study on Cultivation of Anoxic Phenol- degrading Sludge

通过逐步提高进水中苯酚与NO3-N浓度,在反应瓶中对反硝化同时降解苯酚的菌种进行了70 d的驯化.驯化结束后,进水苯酚浓度为630mg/L,反应时间为24h,苯酚去除率可达85％以上,此时,MLSS=12 g/L,VSS/SS=0.78;控制反应瓶中MLVSS=3 000 mg/L,进水苯酚浓度为120mg/L时,在COD∶NO3--N=4∶1条件下,反应8h,苯酚去除率可达90％,降解速率为13.53 mg/(L·h),此时,硝酸盐氮还原速率为8.03mg/(L·h).     

共表达1,3-丙二醇氧化还原酶与甲酸脱氢酶对Klebsiella pneumoniae生理代谢的影响

针对1,3-丙二醇发酵过程中中间代谢产物3-羟基丙醛致死性的现象,在野生型的克雷伯氏肺炎杆菌中同时强化表达1,3-丙二醇氧化还原酶和甲酸脱氢酶,在增强1,3-丙二醇氧化还原酶酶活的同时,促进NADH的合成,最终降低3-羟基丙醛积累.利用PCR技术分别从克雷伯氏肺炎杆菌和甲醇酵母Candida boidinii基因组中扩增出基因dhaT和fdh,通过表达载体pDK获得1,3-丙二醇氧化还原酶和甲酸脱氢酶共表达的菌株K.p/pTF在IPTG的诱导下,基因工程菌K.p/pTF1,3-丙二醇氧化还原酶和甲酸脱氢酶的酶活分别提高了2.8倍和3.5倍,而NADH含量提高了1.3倍.在有氧条件下批式发酵培养,基因工程菌K.p/pTF可以利用以50g/L的初始甘油为底物正常进行发酵,3-羟基丙醛的最高积累浓度较野生菌降低了50.1%,有效避免了发酵的异常中止.     

气氛与压力对制取非晶碳纳米管的影响

采用温控电弧装置, 以Co, Ni合金粉末作为催化剂, 放电电流为80A, 电压为32V, 放电时间为5 min, 研究了不同气氛、压力及温度对制取非晶碳纳米管的影响, 确定了优化参数. 在环境温度为 600℃时, 氢气气氛, 真空度约为6.6×10⁴ Pa, 非晶碳纳米管的产量和纯度(质量分数)都分别达到了6.5 g/h和80%以上, 其管径为7～20 nm.     

香菇菌发酵蕨渣生产菌质多糖的工艺研究

探索香菇菌发酵蕨渣固态基质生产复合多糖的条件,可为蕨渣的开发利用提供理论依据。以蕨渣为主要原料,采用正交试验设计法对生产复合多糖的工艺条件(基质蕨渣比例、基质含水量、pH值和培养温度)进行了初步的优化。在本实验条件下,优化出香菇菌发酵生产蕨渣复合多糖的最佳工艺条件为:蕨渣比例80%、水份含量65%、pH7.0、培养温度为22℃。本研究首次报道利用蕨渣生产香菇菌质多糖,将为蕨渣进一步的开发研究奠定基础。     

离子液体添加剂对无氰电镀黄铜性能的影响

钢帘线电镀黄铜常采用先镀铜再镀锌后加热的热扩散法和氰化法.热扩散法能耗较大,而氰化法使用剧毒的氰化物,污染严重.针对此类问题,本文在优化后的一步无氰电镀黄铜镀液中加入离子液体添加剂来进一步改善镀层的性能.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了镀层的厚度、成分、形貌和组织结构.采用循环伏安法研究了离子液添加剂在电镀黄铜过程中的作用机理.结果表明,在组分为K4P2O7·3H2O 200~270 g/L,Cu SO4·5H2O 1~2 g/L,Zn SO4·7H2O 35~45 g/L,H2O2(30%)0.1~0.6 m L/L的镀液中加入10~15 mg/L离子液体(1-己基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([OMIM]HSO4))可以制备出与基体结合力牢固,延展性好,均匀、连续、致密的黄铜镀层,所得镀层质量得到了显著提高.     

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用快速测定环境水样中的硝基苯、苯和苯胺

建立了顶空固相微萃取(HS-SPME)-气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术同时测定环境水样中的硝基苯、苯和苯胺的方法. 研究了萃取纤维、酸度、温度、盐度、萃取时间、顶空体积等对萃取效率的影响. 在优化的实验条件下, 该方法对硝基苯、苯和苯胺的检出限分别为 0.50, 0.11和1.00 μg/L.     

移动数字电视技术研究

探索香菇菌发酵蕨渣固态基质生产复合多糖的条件,可为蕨渣的开发利用提供理论依据。以蕨渣为主要原料,采用正交试验设计法对生产复合多糖的工艺条件（基质蕨渣比例、基质含水量、pH值和培养温度）进行了初步的优化。在本实验条件下,优化出香菇菌发酵生产蕨渣复合多糖的最佳工艺条件为：蕨渣比例80%、水份含量65%、pH7.0、培养温度为22℃。本研究首次报道利用蕨渣生产香菇菌质多糖,将为蕨渣进一步的开发研究奠定基础。     

双壁碳纳米管的制取

使用浮动催化裂解法以CH₄为碳源, 二茂铁和硫为催化剂, 制取了双壁碳纳米管, 并确定了优化参数: 反应温度为1200℃, 蒸发温度为80℃, Ar流量标准状态下为2000 cm³/min, CH₄流量标准状态下为5 cm³/min. 经优化后双壁碳纳米管的纯度可以达到质量分数90%以上.     

末次冰期以来全球陆地植被中C3/C4植物相对丰度时空变化基本特征及其可能的驱动机制

末次冰期以来的陆地植被中C3/C4植物相对丰度变化的主要驱动因素曾被广泛的争论,尽管越来越多的研究者认同气候因素,而不是大气CO2浓度,是最主要的驱动因素.但对于某一具体的研究区域而言,温度还是降水是最主要的驱动因素,仍存在不同的认识.由于具体的研究区域,温度和降水的变幅相对有限,且经常协同变化,因此从更广阔的空间尺度来对有关研究结果进行总结,或许可获得更清晰的认识.对全球末次冰期以来的C3/C4植物相对丰度变化记录进行梳理,发现其存在明显的规律性,即:除地中海式气候地区外;在高纬度地区,末次冰期以来,均以C3植物占绝对优势;在中纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度上升;而低纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度下降.结合现代过程研究结果,探讨了末次冰期以来陆地植被C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,认为在末次冰期以来的大气CO2浓度背景下,温度是C3/C4植物相对丰度的首要控制因素,温度条件满足之后,则水分条件成为主要控制因素.这些认识对于将来获得的更高分辨率的过去C3/C4植物相对丰度记录的气候环境信息解译,以及在可靠的温度和大气CO2浓度背景条件下,理解更长时间尺度的C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,均具有一定的意义.     

玉米秸秆油污吸附剂的制备及其在油水分离中的应用

以玉米秸秆为原料,粉碎后浸涂ZnO溶胶并经辛基三甲氧基硅烷(OTS)修饰后呈超疏水性和超亲油性,水滴在其表面的接触角为158.6°,滚动角小于5°,而油滴在其表面则完全铺开.利用玉米秸秆粉表面的超疏水性和超亲油性,可将其用于水面油污的过滤、吸附、分离及循环利用,其对油水混合物中油、水的分离效率分别为98.0%和99.6%.相关研究有望为玉米秸秆的加工、利用及油污吸附剂的制备提供新的思路.     

环北太平洋地区现代植被中C3/C4植物相对丰度与气候条件关系研究

按照一个统一的方法, 即以−24‰和−14‰作为纯C₃和纯C₄植被下表土总有机质碳同位素组成(δ¹³CTOC)的端元值, 利用来自环北太平洋地区的中国东部、澳大利亚以及北美大平原地区的表土δ¹³CTOC 数据, 估算了这3个区域现代植被中C₃和C₄植物的相对生物量贡献比例, 并和这3个区域相应的主要气候因素(年均温和年降水量)进行了对比, 进而探讨了现代植被中C₃/C₄植物相对丰度与气候条件之间的关系. 结果表明, 温度条件对C₄植物生物量贡献具有决定性影响; 然而, 即使温度条件满足C₄植物生长的需要, 随着温度的进一步上升, 降水量应相应的下降, C₄植物方能保持其优势地位. 这一结果与对现代C₄植物种属地理分布调查获得的结论基本是一致的. 从而, 这一结果为上述区域过去地质历史时期C₃/C₄植物相对丰度变化记录的古环境解译提供了重要的参考资料.     

粮食作物产量对气候变暖的响应

玉米、小麦和水稻是主要粮食作物,总收获面积和总产量分别占全球禾谷类作物的79%和90%.气候变暖导致主要粮食作物减产.玉米对气候变暖的敏感性高于小麦,温度升高1℃导致全球玉米减产3%~12%,小麦减产3%~9%;温度升高有利于中、高纬度地区水稻生产,但导致低纬度地区水稻减产.作物产量对气候变暖的响应呈非线性,当温度高于作物生长的适宜温度时,产量对气候变暖的敏感性随温度升高的幅度进一步增强.热带地区作物产量对气候变暖的敏感性高于温带地区;雨养农业区作物产量对气候变暖的敏感性高于灌溉农业区,灌溉可有效降低高温对作物产量的负面影响.大气CO_2浓度升高促进作物生长,CO_2施肥效应能在一定程度上补偿由于气候变暖导致的粮食作物减产.气候变暖导致粮食作物减产以及CO_2浓度升高促进作物生长已有共识,但对气候变暖下CO_2施肥效应的认知存在极大的不足,其主要原因是自然状态下CO_2浓度升高和增温对作物生长的交互作用的实验研究太少.未来研究重点应拓展FACE(free-air CO_2 enrichment)条件下的增温实验,通过不同CO_2浓度梯度下的增温实验,结合其他因子(水分、氮素等)的调控,精细量化不同条件下的CO_2施肥效应,并据此发展和完善作物模型,进而客观评估未来气候变暖情景下CO_2的施肥效应及其对作物减产的补偿作用.     

氧化石墨烯和双酚A对斑马鱼早期发育氧化损伤的联合效应

探讨了氧化石墨烯(graphene oxide, GO)和双酚A(bisphenol A, BPA)复合暴露对斑马鱼机体氧化损伤的联合毒性效应.将斑马鱼胚胎分别暴露于BPA(0, 50, 500μg/L), GO(0, 0.1, 1 mg/L), BPA+GO(50μg/L+0.1 mg/L,500μg/L+0.1 mg/L和50μg/L+1 mg/L, 500μg/L+1 mg/L)溶液7 d后,测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)、谷胱甘肽(glutathione, GSH)、过氧化氢酶(catalase, CAT)及活性氧(reactive oxygen species, ROS)等氧化应激相关指标.结果表明, BPA单独暴露时对斑马鱼胚胎产生较强的氧化损伤效应,而GO能缓解由此产生的各种氧化损伤指标. Bliss独立模型计算判断复合暴露组中GO和BPA具有拮抗效应,表明本实验条件下GO可以降低BPA对斑马鱼胚胎的氧化损伤毒性.     

三维后体/尾喷管一体化构型优化设计及性能分析

针对高超声速飞行器后体/尾喷管一体化构型,以飞行马赫数6.5,飞行高度25km为设计条件,综合使用二维型线优化和三维关键参数优化,对构型的升/推力性能进行了优化设计.首先基于二维型线,采用三次B样条曲线对上膨胀面型线进行参数化,计算流体动力学(CFD)进行性能评估,序列二次规划(SQP)方法作为优化方法,建立了优化设计流程,在优化迭代中利用局部网格重构技术提高计算效率.在二维优化的基础上设计了三维后体/尾喷管一体化构型,获得了下膨胀面/后体长度比l/L、下膨胀面倾角ω、出口高度/后体长度比H/L及等关键参数对一体化构型升力、推力等性能参数的影响规律.研究发现在此条件下,当l/L=1/6,H/L=0.35,ω=10°时,后体/尾喷管一体化构型的综合性能最优.此外,加装侧板可以有效防止侧向的高压泄露,有助于提升飞行器的升力和推力性能.