光合菌群产氢特性及其秸秆发酵制氢初探

【摘要】：光合细菌在厌氧和光照条件下有较高的产氢潜力,能将有机物的利用与氢气的产生有机结合起来,成为生物制氢研究的热点。本文以光合菌群为研究对象,研究了光合菌群产氢特性,创新性地采用玉米秸秆水解-光合菌群发酵制氢工艺,旨在为光合细菌制氢技术开辟一条新的可循之路。 采用间歇方式培养从花园土壤中富集分离出来的光合菌群,分别考查碳源、氮源、碳氮源组合、初始pH值、光照方式、接种量、光照强度、培养温度对光合菌群产氢行为的影响。结果表明,与氮源相比,碳源对产氢量的影响更为显著,葡萄糖和草酸铵分别是最适宜的碳源和氮源,葡萄糖和谷氨酸钠为最佳碳氮源组合;在酸性条件下的产氢量高于碱性条件;在12 h光照-12 h黑暗交替光照条件下,产氢量高于连续光照;当接种量为10%、光照度为7000 lux、培养温度为30℃时最易形成优势菌群,产氢量最高。通过正交实验得出最佳产氢工艺条件为:采用10号菌群、碳源为葡萄糖、葡萄糖浓度为3 g/L、氮源为尿素、尿素浓度为9 g/L、接种量为10%、pH值为8.5、光照方式为12 h光照-12 h黑暗交替光照、培养温度为30℃。方差分析表明,碳源、碳源浓度、氮源、菌种种类是影响产氢量的主要因素。 玉米秸秆经水解、脱毒后,进行了光合菌群产氢研究,考查了秸秆水解条件、脱毒方法、氮源、磷元素、NaCl、NaHCO_3及金属离子对产氢的影响。结果表明,秸秆的水解最佳条件为硫酸浓度1%,固液比1:12,水解时间0.5 h,水解温度为110℃。采用Ca(OH)_2调节pH值的脱毒方法产氢效果优于其它脱毒方法;当尿素(以N计)浓度为2 g/L,K_2HPO_4(以P计)浓度为0.05 g/L,NaCl浓度为1.5 g/L,NaHCO_3浓度为10 g/L时,产氢量分别达到最高值。在培养基中加入Cu~(2+)获得的产氢量要明显高于其他金属离子。正交实验得出NH4+为光合菌群产氢显著影响因素。光合菌群利用秸秆水解液发酵制氢,是一种低成本高效能的制氢技术,必将在未来光合细菌制氢领域发挥重要作用。 【关键词】：光合菌群 产氢 影响因子 秸秆 水解
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X172
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 生物制氢11-15
• 1.2.1 发酵细菌11-12
• 1.2.2 真核藻类(绿藻)12
• 1.2.3 蓝细菌12-13
• 1.2.4 光合细菌13-15
• 1.3 微生物利用秸秆制氢研究现状15-17
• 1.3.1 农作物秸秆的预处理方法15-16
• 1.3.2 秸秆水解液脱毒处理方法16
• 1.3.3 微生物利用秸秆产氢研究进展16-17
• 1.4 本课题的来源及研究目的、意义及内容17-19
• 第2章 高效产氢光合菌的筛选及产氢特性研究19-36
• 2.1 实验材料与装置19-20
• 2.1.1 菌种来源19
• 2.1.2 实验仪器及装置19-20
• 2.1.3 培养基20
• 2.2 实验方法20-21
• 2.2.1 光合细菌富集方法20
• 2.2.2 光合细菌扩大培养方法20-21
• 2.2.3 光合细菌的产氢方法21
• 2.3 分析方法21-22
• 2.3.1 光照强度的测定21
• 2.3.2 pH 值的测定21
• 2.3.3 生物量的测定21
• 2.3.4 氢气含量测定21-22
• 2.4 结果与讨论22-32
• 2.4.1 光合菌群富集22
• 2.4.2 光合菌群扩大培养22
• 2.4.3 排氧方式的选择22-23
• 2.4.4 光合菌群菌体形态23-24
• 2.4.5 光合菌群生长曲线24-25
• 2.4.6 碳氮源对产氢的影响25-28
• 2.4.7 pH 值的影响28-29
• 2.4.8 接种量的影响29-30
• 2.4.9 光照强度的影响30-31
• 2.4.10 光照方式的影响31-32
• 2.4.11 培养温度的影响32
• 2.5 正交实验32-34
• 2.5.1 实验方案33
• 2.5.2 实验结果33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第3章 光合菌群发酵秸秆水解液制氢研究36-53
• 3.1 秸秆水解液产氢培养基36
• 3.2 光合菌群产氢方法36
• 3.3 分析方法36-37
• 3.3.1 还原糖含量测定36-37
• 3.3.2 pH 值及氢气含量的测定37
• 3.4 结果与讨论37-43
• 3.4.1 光合细菌的驯化及富集培养37-38
• 3.4.2 硫酸浓度的影响38-39
• 3.4.3 固液比的影响39
• 3.4.4 水解时间的影响39-40
• 3.4.5 水解温度的影响40-41
• 3.4.6 水解液脱毒方法对产氢量的影响41-43
• 3.5 培养基的优化43-46
• 3.5.1 氮源的影响43-44
• 3.5.2 P 浓度的影响44-45
• 3.5.3 NaCl 浓度的影响45-46
• 3.5.4 NaHC0_3 浓度的影响46
• 3.6 金属元素对产氢的影响46-50
• 3.6.1 M0~(2+)浓度的影响46-47
• 3.6.2 Mg~(2+)浓度的影响47-48
• 3.6.3 Cu~(~(2+))浓度的影响48-49
• 3.6.4 Fe~(2+)、Ni~(2+)、C0~(2+)、C1~(3+)的影响49-50
• 3.7 产氢条件优化50-52
• 3.7.1 实验设计50-51
• 3.7.2 实验结果51-52
• 3.8 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-58
• 研究生在校期间发表论文情况58-60
• 致谢60-61
• 详细摘要61-69

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