纯培养生物制氢的分批培养工艺的建立与调控

氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。试验利用厌氧发酵技术分离培养产氢细菌,并对产氢细菌进行理化分析。在乙醇型发酵的产氢原理上,以蔗糖作为产氢微生物的培养基,通过间歇培养的方式研究产氢微生物的产氢特性,采取分批培养的方式来研究纯培养生物制氢工艺。纯培养生物制氢工艺的主要工程控制对策为:按反应溶液体积的2%接种新鲜产氢细菌种子培养液,底物浓度采用20%,反应启动时间63 h,温度35℃。     

产氢发酵细菌的Biolog菌种鉴定与产氢能力

采用厌氧培养技术,从厌氧活性污泥中分离得到一株产氢发酵细菌。利用Biolog自动菌种鉴定仪对该产氢发酵细菌作了鉴定分析,确定了其在细菌学上的分类地位,新分离菌株Lactobacillus hilgardii(希氏乳杆菌)为生物制氢分离鉴定纯产氢菌种提供了指导。该株细菌为专性厌氧杆菌,蔗糖发酵液体末端主要产物为乙醇、乙酸,气相产物为H2和CO2,代谢特征为乙醇型发酵,在pH值为6.0和36℃条件下最大产氢量为58 mL H2.g-1蔗糖。     

Biolog鉴定产氢发酵细菌及其产氢能力的研究

采用厌氧培养技术,从厌氧活性污泥中分离得到一株产氢发酵细菌。利用B iolog自动菌种鉴定仪对该产氢发酵细菌作了鉴定分析,确定了其在细菌学上的分类地位,新分离菌株C lostridium papyrosolvens为生物制氢分离鉴定纯产氢菌种提供了指导,该菌株为专性厌氧杆菌,蔗糖发酵液体末端主要产物为乙醇、乙酸,气相产物为H2和CO2,代谢特征为乙醇型发酵,在pH 6.0和36℃条件下最大产氢量为72 mL H2/g蔗糖。     

碳氮质量比对发酵细菌产氢性能的影响

利用间歇培养研究了碳氮质量比对纯培养制氢工程中发酵产氢细菌产氢性能的影响。结果显示发酵液中碳氮质量比对产氢细菌Rennanqilyf3的产氢能力和生长有显著的影响。最佳的Rennanqilyf3生长和产氢能力碳氮质量比为3.3,发酵产氢代谢产物以乙醇和乙酸为主,产氢量为3.18mmol,氢气体积分数达到50.8%,葡萄糖利用率为73.2%,终pH值变化不大。碳氮质量比可以成为调控发酵制氢的工程措施之一,最佳碳氮质量比为3.0—3.5。     

生物质厌氧发酵制氢技术研究进展

聚焦生物质厌氧发酵制氢技术进展,分别从发酵菌源、生物质制氢原料、生物质制氢反应器、发酵制氢影响因素和优化工艺等方面进行综述。研究结果显示,不同种类的生物质原料能有效拓展生物质发酵制氢的应用范围,反应器结构和发酵工艺因素的优化有利于提高生物质发酵制氢的产率和效率。近年来,通过固定化技术、添加纳米颗粒等方法能够促进生物质发酵产氢,通过将暗发酵与光发酵偶联,有利于提升生物质发酵制氢工艺的经济性。在此基础上,对生物质发酵制氢技术进行了展望。     

金属纳米颗粒辅助木质纤维素暗发酵生物制氢的研究进展

通过文献计量学分析表明暗发酵制氢是目前研究最热门的生物制氢方法,Fe、Ni、Co、Ag等金属纳米颗粒作为该领域研究热点可改善暗发酵制氢存在底物转化率与产氢效率均有待提高的难题。介绍了金属纳米颗粒的特点、生物相容性及其与酶、微生物细胞的作用机理,进一步从促进木质纤维素水解影响产氢、对水解酶的固定化影响产氢、提高氢化酶活性影响产氢、调控发酵微生物细胞代谢和促进细胞电子传递影响产氢、改善微生物群落结构影响多菌群协同产氢等几个方面对典型金属纳米颗粒辅助木质纤维素暗发酵产氢的研究现状进行综述,并对金属纳米颗粒应用于暗发酵产氢存在的难点及前景方向进行了展望。     

活性污泥降解有机物制氢技术

生物制氢技术在世界范围受到了极大重视，产氢机理的研究对于制氢技术的发展有着重要的作用。本文在前人研究的基础上，对活性污泥厌氧发酵产氢的多种途径和机理进行了全面探讨，认为活性污泥利用甲酸、丙酮酸、各种脂肪酸等有机物，淀粉纤维素等糖类产氢途径主要是丙酮酸脱氢和NADH/NAD平衡调节产氢气，发酵类型有丙酸型发酵、以及乙醇型发酵，同时对国内外研究现状进行评述，提出今后的研究方向。     

光发酵制氢的研究现状与发展

目前,氢气被视为最理想的能源载体,生物制氢技术日渐成为研究热点。光合细菌可将光能转化为氢能,成为生物制氢领域一个重要的研究方向。本文探讨了光合细菌的产氢机理,讨论了影响光合制氢的主要影响因素:如光照强度、温度、pH值等环境影响因子,菌株所处的生理状态、培养基组成(包括供氢体和氮源的种类和数量)等生物因子,概述了光发酵制氢工艺的研究现状及发展趋势,并提出了日后的研究重点。     

产酸相发酵类型的制氢转化规律及比较

以葡萄糖为唯一碳源,通过调节进水基质碱度提高反应器内部pH值,使生物制氢反应器内的发酵类型发生连续转化,重点考察了发酵菌群从乙醇型发酵演替为丁酸型发酵的转化规律,并对液相末端产物、产氢速率、氧化还原电位(ORP)以及生物量的变化进行了比较分析。在进水有机负荷恒定的情况下,乙醇型发酵经15d转化为丁酸型发酵,转化顺序为乙醇型-丙酸型-混合酸型-丁酸型。乙醇型发酵在稳定运行的情况下比产氢速率平均为22mol·kg~(-1)·d~(-1),明显高于丁酸型的12mol·kg~(-1)·d~(-1),丙酸型和混合酸型比产氢速率较低,但酸化率高于乙醇型和丁酸型,酸化率在混合酸发酵时达到最高,为85．6%。从投碱量上看,丁酸型发酵对碱的需求量(NaOH)为乙醇型的7．5倍。反应体系pH和ORP呈现负相关性,由最初的4．2、-476mV转为6．8、-562mV。     

环流型光纤生物膜制氢反应器的连续产氢性能

采用使光合细菌生物膜直接附着生长在具有高导光性的弥散光纤表面的方法,构造了环流型光纤生物膜制氢反应器,用于解决目前固定化细胞连续流光生物制氢反应器研究中存在的难以同时实现细胞固定化和保持细胞固定化区域具有良好光分布性的问题。通过连续流产氢实验研究发现该反应器在以葡萄糖为有机底物,入射光波长为530 nm,弥散光纤表面光照强度为4.15 W·m^-2,进口底物浓度为10 g·L^-1,流速为100 ml·h^-1的条件下,反应器的光能转化效率和产氢速率得到显著提高,分别达到47.9%和0.83 mmol·(g dry cell)^-1·h^-1。实验结果表明,采用适合光合细菌产氢的入射波长,保持固定化细胞区域均匀的光强分布和强化传质的操作方法都有助于提高反应器的产氢性能。该研究可以为规模化光生物制氢反应器的探索提供一定参考。     

生物制氢研究进展(Ⅰ)产氢机理与研究动态

阐述了7类生物制氢系统的产氢机理、影响因素以及提高产氢率和产氢量的方法,介绍了国外最新的研究进展。光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术是研究的热点,而厌氧发酵由于产氢效率较高而成为最具潜力的生物制氢技术之一。光合-发酵杂交技术不仅减少了所需光能,而且增加了氢气产量,同时也彻底降解了有机物,使该技术成为生物制氢技术的发展方向。     

高效产氢突变体UV-d48的筛选及释氢行为

氢气以其清洁、可再生及无污染等特性将成为未来最具潜力的能源之一，目前，菌种的产氢能力相对较低是影响发酵法生物制氢工业的一个关键因素之一。利用紫外线对产氢细菌Ethanologenbacterium sp.ZGX4进行连续辐射诱变和筛选，经连续传代稳定性实验考察后，得到一株高效产氢突变菌株UV-d48。温度37℃、初始pH 6.0和葡萄糖浓度10g/L的静态实验条件下，它的单位体积产氢量为2998.5 ml/L，最大产氢速率为34.4 mmol/g·h，分别比对照菌株提高了65.1%和56.4%；其氢气产率为2.61 mol H2/mol glucose，是对照ZGX4的1.54倍，主要的液相末端产物是乙醇和乙酸，与出发菌株相似。高效产氢突变体UV-d48的出现为进一步探讨产氢细菌的产氢代谢机理的研究和工程应用提供材料基础。     

玉米秸秆生物产氢菌的分离培养及鉴定研究

以牛粪为菌种来源,利用玉米秸秆进行厌氧发酵产氢实验,在产氢效果达160 mL/h,秸秆产氢能力225 mL/g的最佳状态下,从实验中提取发酵菌液进行细菌的分离培养,并对产氢效果最好的R-3菌种进行生理生化试验研究和初步鉴定,确定产氢细菌为Clostridium sp.Fanp2.     

中国发酵法生物制氢技术研究进展

氧气是可以再生的、对环境没有污染的未来替代能源。从20世纪90年代开始了发酵法生物制氢工艺的研究。经过近13年,中国科学家已经建立了工艺流程、控制条件、细菌学、生态学的研究,完成了实验室小试、中试,即将进行示范工厂的开工。目前,正在开展工厂现场调试、菌种改良和分子生物学等多学科的研究。我国发酵法生物制氢技术继续领先于世界。目前,欧洲、美国和日本都已经把注意力转向发酵法生物制氢技术上来,围绕着技术研究的竞争将日趋激烈。     

ACR在不同进水COD浓度下的产氢性能与菌群结构

以稀释糖蜜为底物,通过厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR) 的启动和运行,考察了ACR在不同进水COD浓度下的运行特性。结果表明,当HRT= 6 h,进水COD浓度从 7000 mg·L^-1提升至11000 mg·L^-1时,反应器仍能稳定运行,并维持乙醇型发酵类型。随着底物浓度的增加,系统的比产氢速率从COD 7000 mg·L^-1时的2.43 m³·(m³·d)^-1提高到COD11000 mg·L^-1时的3.51 m³·(m³·d)^-1,而活性污泥的比产氢速率在COD 为9000 mg·L^-1时最高,为10.71 mol H₂·(kg VSS·d)^-1。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢发酵产乙醇菌群为ACR系统中的主要产氢功能菌群,且随着进水COD浓度的增加,以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群的优势度显著增强,但丙酸发酵菌属Propionicimonas sp. F6也开始富集。     

“双碳”下金属纳米颗粒优化暗发酵制氢策略及前景

氢能是“双碳”下推动化石能源低碳转型的重要方向,微生物暗发酵制氢是实现生物质绿氢转化的有效途径。其中,利用具有量子尺寸效应、比表面积大和电导率高的金属纳米颗粒（MNPs）优化暗发酵制氢技术是近年研究热点。综述和评论了国内外添加MNPs用于优化暗发酵制氢性能的作用机制、技术难点和制氢效果等,重点阐述并比较了铁、镍和锌基三类热门MNPs优化策略在提高产氢酶系活性、增强代谢产氢途径和优化微生物群落结构等方面的作用,展望了暗发酵制氢可深入MNPs优化氢化酶活性、拓宽生物质发酵底物以及产氢菌筛选和反应器设计、生物质发酵技术开发等研究方向和应用前景。     

木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的生物转化方法包括预处理、酶水解和发酵过程,对这些过程中的技术进展以及解决现存问题的方法进行了评述。氨法爆破技术是较好的预处理方法,超声波、微波处理等新技术有助于改善酶水解。阐述了酶水解机理、纤维素酶的生产以及酶水解过程的优化方法。指出固定化酶糖化发酵技术在生物转化木质纤维原料技术中的前景广阔;选择合适的发酵方法,优化发酵过程,以及解决抑制问题对于提高乙醇产率尤为重要;利用基因重组技术构建旨在发酵混合糖的重组菌对于生产生物乙醇具有里程碑意义。     

有机废弃物厌氧共发酵制氢研究进展

化石燃料的消耗和有机废弃物的大量排放带来了严重的环境问题,而利用有机废弃物进行厌氧发酵制氢是可持续且环境友好的。为了克服单一底物厌氧发酵制氢存在的因营养元素不均衡、毒性抑制和微生物种类较少等导致氢气产率较低的局限性,不同类型的底物厌氧共发酵制氢技术得以开发,然而现阶段仍然存在过程机理不清楚和关键工艺参数不明确等问题。本文综述了有机废弃物厌氧共发酵制氢的必要性、优点及主要影响因素,归纳了不同有机废弃物混合比、有机负荷、发酵温度、水力停留时间、初始pH以及固液比、搅拌方式和反应器类型等关键工艺参数特征及其范围,分析比较了不同有机废弃物厌氧共发酵体系的氢气浓度及产率、发酵液pH、氨氮和挥发性脂肪酸及其组成等工艺特性,总结了产氢功能菌群及其产氢特性及不稳定系统特征微生物。随后指出了目前研究存在的一些不足,并对其在底物利用范围及其预处理、过程机理、技术完善及其综合评估等方面的研究与应用前景进行了展望,为有机废弃物厌氧共发酵制氢技术的研发与应用提供依据。     

发酵甘油产1,3-丙二醇研究进展

综述微生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的研究进展,内容包括生产菌种、发酵方式、优良生产菌株的选育和培养条件,并展望1,3-丙二醇发酵的前景。