一种纳米TiO2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用

一种纳米tio2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用
技术领域
1.本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种纳米tio2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用。


背景技术：

2.杂交狼尾草由象草与美洲狼尾草杂交而成，其综合了亲代的优点，具有耐高温、耐湿、抗干旱、抗倒伏、耐贫瘠等优点，而且，生长较快、产量高、供草期长，具有广阔的发展前景。
3.杂交狼尾草在发酵的过程中会产生甲烷，而甲烷发酵过程受到多种酶的影响，这些酶的活性又与许多金属颗粒浓度相关，因为纳米材料的良好性能，金属颗纳米材料被应用到厌氧发酵当中。而目前研究所涉及到的纳米金属氧化物物有zno、fe2o3、fe3o4、tio2、al2o3、coo、nio等。但是，这些纳米金属氧化物对甲烷菌的影响都不相同，有抑制发酵的，也有促进发酵的，并且对环境会造成一定的影响。
4.因此，需要一种污染小，且能提高发酵性能的纳米金属材料尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种纳米tio2在厌氧发酵过程的应用。
6.一种纳米tio2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用。
7.进一步地，如上所述的应用，所述纳米tio2在杂交狼尾草湿式厌氧发酵过程的应用。
8.进一步地，如上所述的应用，所述纳米tio2在杂交狼尾草干式厌氧发酵过程的应用。
9.进一步地，如上所述的应用，所述纳米tio2的粒径为：70.31
±
10.07nm。
10.进一步地，如上所述的应用，所述纳米tio2在湿式厌氧过程中，发酵温度为：35℃；发酵时间为40天。
11.进一步地，如上所述的应用，所述纳米tio2的制备包括：
12.在锥形瓶中加入0.84mmol多巴胺和30ml苯甲醇，剧烈搅拌20min；
13.然后逐滴加入1.5mlticl4，室温下剧烈搅拌2h；
14.接着升温到80℃，将混合液转入到以聚四氟乙烯反应釜中，80℃晶化3天；冷却后，倒出上层清液，用氯仿洗涤沉淀三次，在60℃干燥后得到所述纳米tio2的粉末。
15.本发明将自制的易溶于水的tio2应用在杂交狼尾草厌氧发酵过程，能够有效促进厌氧发酵过程中甲烷菌群的产生，并最终提高产气量。而且，本发明利用自制的tio2应用在杂交狼尾草厌氧发酵过程，能够减小二次环境污染。
附图说明
16.图1为采用本发明方法合成的纳米tio2粒径大小分布图；
17.图2(a)为不同添加量的纳米tio2颗粒在杂交狼尾草湿式厌氧发酵中日产气量的变化趋势图；
18.图2(b)为湿式厌氧发酵中不同添加量的纳米tio2颗粒在杂交狼尾草湿式厌氧发酵中累积产气量的变化趋势图；
19.图2(c)为湿式厌氧发酵中不同添加量的纳米tio2颗粒在杂交狼尾草湿式厌氧发酵中辅酶f
420
的变化趋势图；
20.图3(a)为湿式厌氧发酵中不同添加量的纳米tio2颗粒在杂交狼尾草干式厌氧发酵中日产气量的变化趋势图；
21.图3(b)为湿式厌氧发酵中不同添加量的纳米tio2颗粒在杂交狼尾草干式厌氧发酵中累积产气量的变化趋势图；
22.图3(c)为湿式厌氧发酵中不同添加量的纳米tio2颗粒在杂交狼尾草干式厌氧发酵中辅酶f
420
的变化趋势图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.纳米材料尺寸在1-100nm之间，具有比表面效应、量子尺寸效应等特殊性能
1.。因此，成为多领域关注的热点，在医疗器材、电子设备等行业广泛应用。纳米技术的发展可以为化学、生物等学科提供新的技术和发展空间。
25.本发明提供一种纳米tio2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用。
26.下面首先对纳米tio2的合成方法进行说明：
27.在锥形瓶中加入0.1600g(0.84mmol)多巴胺和30ml苯甲醇，剧烈搅拌20min，逐滴加入1.5mlticl4，室温下剧烈搅拌2h，接着升温到80℃，将混合液转入到以聚四氟乙烯反应釜中，80℃晶化3天。冷却后，倒出上层清液，用氯仿洗涤沉淀三次，在60℃干燥后得到大量淡黄色的纳米tio2粉末。
28.图1为采用本发明方法合成的纳米tio2粒径大小分布图，如图1所示，本发明方法制备得到的纳米tio2粒径为70.31
±
10.07nm。
29.下面分别对纳米tio2对杂交狼尾草湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵的过程进行说明：
30.湿式厌氧发酵：
31.在自制厌氧发酵装置中加入33.25g的杂交狼尾草为发酵底物，加入154.25g污泥和62.50ml水。添加质量为0.1g、0.3g、0.5g、0.7g、0.9g的不同粒径纳米tio2将其搅拌均匀后，控制温度为35℃，发酵40天。实验设置一个空白对照和三个平行实验组。
32.干式厌氧发酵：
33.在自制厌氧发酵装置中，加入40g杂交狼尾草作为发酵底物，加入210g污泥和20ml
水，添加质量为0.1g、0.3g、0.5g、0.7g、0.9g的自制纳米tio2将其搅拌均匀后，控制温度为35℃，发酵40天。
34.图2(a)-2(c)为湿式厌氧发酵中不同添加量的纳米tio2颗粒对杂交狼尾草湿式厌氧发酵的性能影响变化趋势图。由图2(a)-2(c)可知添加tio2纳米颗粒的厌氧发酵过程中，日产气量趋势变化较好，产气周期也延长，随着添加量的增加，促进效果减弱，其中0.1g组，日产气效果最佳，周期最长，累积产气量最多，达到了8330ml，比空白组增加了76.95％。
35.辅酶f
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是甲烷菌持有的一种辅酶，在厌氧发酵产甲烷过程中起着非常重要的作用。辅酶f
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浓度大致呈锯齿状先增加后减少，第3d-15d，由于加入纳米tio2，促进甲烷菌生长，酶活性增强，产气量较高，第15d时，0.1g组酶活性最高，达到5.32
×
10-4
mmol/l，15d之后，纳米粒子影响减弱，酶活性逐渐降低。
36.图3(a)-3(c)不同添加量的纳米tio2颗粒对杂交狼尾草干式厌氧发酵的性能影响变化趋势图。从图3(a)-3(c)中可知，添加了纳米tio2后，日产气量趋势变化较差，只有0.9g组在第3d-5d出现上升，后迅速下降。其余各组日产气量下降明显，且产气周期变短，累积产气量低于空白组。空白对照组累积产气最高，达到5560ml。辅酶f
420
变化趋势大致相同，呈锯齿状先下降后增加。添加tio2的组分酶活性在第3d与空白组相差不大，之后纳米tio2开始影响辅酶活性，使得添加tio2的组分辅酶f
420
活性低于对照组，产气量减少。各组分到第21d辅酶浓度达到最大，分别为4.85
×
10-4
mmol/l、3.7
×
10-4
mmol/l、3.82
×
10-4
mmol/l、3.94
×
10-4
mmol/l、3.51
×
10-4
mmol/l、3.75
×
10-4
mmol/l。
37.通过图2、图3可以看出，纳米tio2颗粒在杂交狼尾草湿式厌氧发酵比干式厌氧发酵的产气量更高。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种纳米tio2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于在，所述纳米tio2在杂交狼尾草湿式厌氧发酵过程的应用。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于在，所述纳米tio2在杂交狼尾草干式厌氧发酵过程的应用。4.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于在，所述纳米tio2的粒径为：70.31
±
10.07nm。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述纳米tio2在湿式厌氧过程中，发酵温度为：35℃；发酵时间为40天。6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述纳米tio2的制备包括：在锥形瓶中加入0.84mmol多巴胺和30ml苯甲醇，剧烈搅拌20min；然后逐滴加入1.5mlticl4，室温下剧烈搅拌2h；接着升温到80℃，将混合液转入到以聚四氟乙烯反应釜中，80℃晶化3天；冷却后，倒出上层清液，用氯仿洗涤沉淀三次，在60℃干燥后得到所述纳米tio2的粉末。

技术总结
本发明提供一种纳米TiO2在杂交狼尾草厌氧发酵过程的应用。该应用能够显著促进杂交狼尾草在厌氧发酵中的产气量，尤其提高纳米TiO2在杂交狼尾草干式厌氧发酵的产气量。在杂交狼尾草干式厌氧发酵的产气量。在杂交狼尾草干式厌氧发酵的产气量。


技术研发人员：赵红梅 秦向东 徐俊驹 赵从琪 普海平 熊思文 赵基仓
受保护的技术使用者：云南农业大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/20