在能源环境问题亟待解决的今天，生物质作为一种廉价易得的可再生资源，逐渐成为世界资源的主导者。作者自2005年攻读硕士研究生开始接触生物质资源，后历经硕博连读、出国访学以及高校工作，逐渐形成秸秆类生物质资源应用的研究方向。此研究方向的形成也与作者所生长居住的河南省有很大关系。河南为农业大省，秸秆类生物质资源丰富。作者亲眼见到秸秆的生长、收割、少量利用以及不恰当的丢弃甚至焚烧，所以非常希望将这一生命力旺盛、坚韧的可再生资源物尽其用。
本书得到了973计划前期研究专项“秸秆类生物质微生物高效转化的基础研究（2006CB708407）”、国家自然科学基金面上项目“秸秆生物质发酵产氢系统底物盐酸.混合酶两步水解催化动力学及机理（90610001）”、华北水利水电大学高层次人才科研启动项目“秸秆类生物质在环境能源领域的开发利用（201002031）”以及河南省自然科学基金面上项目“秸秆还田和作物轮作对添加秸秆生物炭的土壤中重金属形态迁移及生物有效性的影响（182300410136）”的资助。本书第一部分秸秆类生物质在能源领域的应用为作者攻读硕博研究生阶段的研究内容；第二部分秸秆类生物质在环境领域的应用为作者参加工作以后指导研究生工作的研究内容，在此对为本书实验内容作出贡献的王小敏和龚诗雯表示感谢。本书的完成得到了郑州大学樊耀亭教授和华北水利水电大学刘秉涛教授的悉心指导和大力支持，在此表示衷心的感谢。同时感谢河南省水环境模拟与治理重点实验室、河南省水体污染与土壤损害修复工程技术研究中心提供的支持和帮助。
本书除了介绍秸秆类生物质资源在能源和环境领域的一些应用现状和面临的问题，还展示了作者在解决这些问题时所涉及的研究思路和研究内容。希望本书能够为秸秆类生物质应用的研究者提供一些启发，为秸秆类生物质的应用贡献一份绵薄之力。
在本书的撰写过程中，作者参阅了大量相关文献和资料，在此对相关作者致以诚挚谢意。由于作者水平有限，书中疏漏与欠妥之处在所难免，敬请读者批评指正。
前 言
第一部分 能源领域
第1章 绪论 1
1.1 能源概述 1
1.1.1 能源的含义 1
1.1.2 能源的分类 2
1.1.3 能源的发展历史 3
1.1.4 能源的利用现状 6
1.1.5 生物质能源的利用现状 19
1.2 秸秆类生物质能源的应用现状 24
1.2.1 秸秆发电技术 25
1.2.2 秸秆发酵技术 33
1.2.3 生物制氢 38
1.2.4 生物厌氧发酵制氢过程基本参数 46
1.2.5 生物厌氧发酵制氢中混合菌的预处理 49
1.2.6 秸秆类生物质的生物厌氧发酵制氢 54
1.3 本部分的研究思路和主要内容 61
第2章 实验部分 62
2.1 引言 62
2.2 实验设备 62
2.3 实验材料 63
2.3.1 产氢实验材料 63
2.3.2 纤维素酶制备实验材料 64
2.4 实验方法 65
2.4.1 产氢实验方法 65
2.4.2 纤维素酶的制备步骤 65
2.4.3 纤维素粗酶对底物的预处理 65
2.5 分析方法 65
2.5.1 常见项目的分析方法 65
2.5.2 样品中还原糖和淀粉的提取 66
2.5.3 纤维素酶活的测定 66
2.5.4 纤维素、半纤维素、木质素含量的测定 67
2.5.5 氢气产量的测定 68
2.5.6 挥发性脂肪酸（VFAs）和醇的测定 68
2.5.7 产氢动力学模型 69
2.6 小结 70
第3章 生物质发酵制氢过程基本参数考察 71
3.1 引言 71
3.2 底物的预处理对厌氧发酵制氢的影响 71
3.2.1 底物预处理时间对氢产量的影响 71
3.2.2 底物预处理时间导致厌氧发酵最佳初始pH值的变化 73
3.3 底物浓度和初始pH值对厌氧发酵制氢的影响 75
3.3.1 响应面实验设计 75
3.3.2 实验结果分析 75
3.4 厌氧发酵制氢过程中相关生态因子分析 81
3.5 小结 83
第4章 超声波处理天然菌源对生物发酵制氢的影响 84
4.1 引言 84
4.2 实验设计 84
4.2.1 超声波的利用 84
4.2.2 超声波条件优化 85
4.2.3 对照实验设计 86
4.2.4 产氢动力学模型的应用 86
4.3 超声波处理消化污泥对发酵制氢的影响初探 86
4.4 超声波处理条件的优化 89
4.5 超声波处理消化污泥发酵制氢过程中液相组分分析 92
4.6 超声波处理消化污泥对生物制氢作用的机理分析 93
4.7 小结 95
第5章 纤维素粗酶的制备及其在秸秆生物发酵制氢中的应用 97
5.1 引言 97
5.2 纤维素粗酶的制备 98
5.2.1 固态发酵条件对纤维素酶活的影响 98
5.2.2 固态发酵培养基组分的优化 101
5.3 纤维素粗酶在生物发酵制氢中的应用 109
5.3.1 纤维素粗酶对玉米秸秆废弃物的预处理 109
5.3.2 酶解秸秆的发酵生物产氢 110
5.4 小结 111
第6章 结论 113
6.1 本部分观点总结 113
6.2 工作建议 114
参考文献 116
第二部分 环境领域
第1章 绪论 128
1.1 水资源污染 128
1.1.1 污染现状 128
1.1.2 重金属废水的污染特性及处理方法 129
1.1.3 农作物秸秆去除废水中重金属的研究现状 131
1.2 土壤污染 132
1.2.1 污染现状 132
1.2.2 土壤重金属形态的环境学意义 134
1.2.3 秸秆还田对土壤重金属影响的研究现状 137
1.3 本部分的研究思路和主要内容 140
1.3.1 秸秆处理废水中重金属的研究 140
1.3.2 秸秆处理土壤中重金属的研究 141
第2章 改性小麦秸秆对水溶液中铜离子的去除效果研究 142
2.1 实验方法 142
2.1.1 试验材料与仪器 142
2.1.2 吸附剂性质表征方法 144
2.1.3 铜离子的测定方法：双乙醛草酰二腙分光光度法 144
2.1.4 基本参数的表达及数学模型 145
2.2 氢氧化钠改性小麦秸秆对溶液中Cu2+的静态吸附研究 149
2.2.1 实验材料 149
2.2.2 吸附剂的表征 149
2.2.3 实验内容 151
2.2.4 结果与分析 153
2.2.5 结论 163
2.3 氢氧化钠和氯化钠同时改性小麦秸秆对溶液中Cu2+的静态吸附研究 164
2.3.1 正交试验 164
2.3.2 吸附剂的表征 166
2.3.3 吸附实验内容 167
2.3.4 结果与分析 168
2.3.5 结论 175
2.4 小麦秸秆对铜离子动态吸附特性的研究 175
2.4.1 实验装置 176
2.4.2 实验方法 177
2.4.3 结果与讨论 177
2.4.4 本章小结 182
2.5 结论与展望 183
2.5.1 结论 183
2.5.2 展望 184
第3章 添加秸秆对污染土壤中重金属Cu的转化迁移影响 185
3.1 供试样品概况及其测定 185
3.1.1 研究样品采集情况及特点 185
3.1.2 主要实验仪器及药品 187
3.1.3 土壤理化性质的测定 188
3.1.4 重金属含量的测定 189
3.1.5 数据处理 191
3.2 干湿交替水分模式下农田土壤重金属Cu的形态转化 194
3.2.1 引言 194
3.2.2 材料与方法 195
3.2.3 结果与讨论 198
3.2.4 小结 211
3.3 添加秸秆对土壤重金属Cu吸附与解吸特征的影响 212
3.3.1 引言 212
3.3.2 材料和方法 213
3.3.3 结果与讨论 215
3.3.4 小结 225
3.4 污染土壤中Cu的淋溶特性及释放动力学的模拟研究 226
3.4.1 引言 226
3.4.2 材料和方法 227
3.4.3 结果与讨论 229
3.4.4 小结 234
3.5 总结和展望 235
3.5.1 主要结论 235
3.5.2 主要创新点和特色 236
3.5.3 不足与展望 236
第4章 结论 238
4.1 本部分观点总结 238
4.2 工作建议 239
参考文献 240
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