序批式光生物反应器中光合细菌跨膜传输及产氢特性

以沼泽红假单胞菌CQK-01为实验菌种,研究了序批式光生物制氢反应器不同初始底物浓度和初始pH值对光合细菌葡萄糖跨膜传输速率、细胞膜渗透性及产氢性能的影响,计算了光合细菌细胞膜对葡萄糖的渗透系数。结果表明光合细菌细胞膜对底物渗透性及传输速率的影响随菌体生长环境及时间而异;在初始底物浓度较低时,葡萄糖最大跨膜传输速率随初始底物浓度的增大而增大,并在75mmol.L-1时取得最大值,而不同初始底物浓度下光合细胞膜对葡萄糖的最大渗透系数都约为250cm3.(gDW)-1.h-1;但高底物浓度下葡萄糖跨膜传输速率减小,最大渗透系数在150mmol.L-1时仅为116cm3.(gDW)-1.h-1;当培养基初始pH值为7.0时,光合细菌细胞膜对葡萄糖的渗透性最佳,葡萄糖跨膜传输速率最大为9.74mmol.(gDW)-1.h-1;实验工况下光合细菌平均产氢速率最大为0.26mmol.L-1.h-1,产氢得率最高为0.63molH2.(molglucose)-1。     

模拟微通道光生物反应器内光合细菌的成膜及产氢特性

引言 氢气由于具有清洁、热值高、来源广泛等优点被认为是未来理想的能量载体[1-2].生物制氢可以在不消耗一次能源的同时产生氢气,是未来研究与开发清洁能源的一个重要途径[3].光合细菌可以吸收光能、降解有机废水、产生氢气,能够将氢能开发和有机废物治理有机结合起来,具有广阔的发展前景[4-5].     

厌氧与光合微生物联合制氢工艺实验研究

利用厌氧细菌暗发酵产氢和光合细菌光发酵产氢的优势和互补协同作用而联合起来的两步法制氢,探讨不同底物浓度对厌氧发酵阶段产氢的影响、厌氧发酵时间对产氢发酵过程的影响;光合微生物发酵随发酵时间的产氢情况。结果表明,葡萄糖浓度对厌氧生物产氢有很大的影响, 15 g/L 的葡萄糖浓度有较好的产氢量。葡萄糖利用率和挥发性脂肪酸的总量随厌氧发酵时间的变化情况表明,在厌氧发酵阶段,以葡萄糖为底物,最佳的葡萄糖浓度为 15 g/L。在 37 h 的葡萄糖利用率达到 72.08%,挥发性脂肪酸总量达到 9 326.3 mg/L,每克葡萄糖累计产氢量为 182 mL。在厌氧发酵时间 37 h 时把厌氧发酵的产物移到光合发酵反应器,接种位于生长对数期的光合细菌群,调节培养液的pH值和加入光源进行光合产氢,88 h 时每克葡萄糖累计产氢达到 352 mL,两步联合制氢每克葡萄糖累计产氢量共可达到 534 mL。     

固氮类微生物产氢机理研究进展

氢是一种无污染的新型、高效能源,受到广泛的重视。微生物制氢是氢能开发研究的一项重要内容。至今 已知的具有产氢活性的微生物有“光合细菌”(photosynthetic bacteria,PSB)、藻类(algae)和非光合细菌(non-photo- synthetic bacteria)。对固氮类微生物的产氢机理及影响产氢的因素、光合产氢的能量利用等进行综述。     

新型产氢细菌Biohybactium R3利用乳糖进行发酵产氢的实验研究

以高效产氢新菌Biohybactium R3为研究对象,探讨了以乳糖作为底物时,不同的乳糖浓度和不同的pH对R3的产氢效能和生长的影响.实验发现,R3能很好地运用乳糖为自身的营养物质进行生长和产氧.当乳糖质量浓度为15 g/L、初始pH为6.0时,R3的气体总产量和细胞干重达到最大值,分别为450 mL和1.36 g/L.     

玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢实验研究

制作了一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢反应器,研究了光合细菌的固定化过程及其产气特性,考察了底物中葡萄糖浓度、进料流速以及不同光源对细菌产氢的影响。实验表明,该反应器的最佳产气条件为:LED光源光强2 000 lux,葡萄糖浓度6 g/L,进料流速4 mL/min,产氢速率为61 mL/(h·m~2)。玻璃纤维既能增大光能的吸收量,又能增加光合细菌的生物量,从而能提高底物和光能利用率,获得较高的产氢效率。     

猪粪污水光合细菌制氢的影响因素

利用光合产氢细菌——球形红假单胞菌(Rhodobacter sphaeroides)1.1737菌株研究了原料浓度、温度、光照强度、原料初始pH值和PSB初期活性等因素对猪粪污水光合产氢的影响作用。结果表明:球形红假单胞菌在污水浓度为5687 mg·L~(-1)时的产氢总量高于浓度为3500 mg·L~(-1)和1214 mg·L~(-1)时;温度对光照产氢有比较显著的影响,该菌株产氢最适温度为30℃;球形红假单胞菌的产氢活性随着光照强度的增大而增大,当光照强度高于1000 lx时比低于1000 lx时的产氢活性显著提高,光照强度为1600 lx时的产氢速率达到最大;该菌株适宜产氢的pH在6.5～7.5之间,当pH为7.0时,产氢量达到最大;处于不同生长期的光合细菌的产氢活性略有差异,处于对数生长期的光合细菌的产氢能力略高于稳定期,明显高于延迟期和衰老期。同时,优化实验结果表明温度是影响产氢量的最显著因素,其较佳的产氢条件是温度为30℃、光照强度为1600 lx、原料pH值为7.0、PSB初期活性为对数生长后期60h。     

光合细菌生物制氢

阐述了固氮酶催化的光合放氢和氢酶催化的黑暗厌氧产氢机制,描述了光合细菌原初反应的微观反应动力学以及电子定向转移和质子转位耦联驱动的三磷酸腺苷合成机制与固氮产氢过程。讨论了影响光合放氢的主要因素,如光、氧气、菌株特性、氢供体和氮源等。介绍了固定化、混合培养和重复分批培养等实用化技术和遗传工程技术在光合细菌产氢研究中的应用现状,并就存在的问题进行了讨论。最后对光合制氢技术的发展趋势和应用前景进行了评述。     

光合细菌生物膜反应器葡萄糖降解及产氢特性实验

对光合细菌生物膜制氢反应器在挂膜启动期间以及稳定运行时以葡萄糖为唯一底物的降解特性进行了实验研究,获得了光照强度、光波长、进口底物浓度、温度和底物溶液pH值等参数对生物膜光生物制氢反应器降解性能的影响规律。实验结果表明：在反应器挂膜期间,反应器葡萄糖消耗量随着反应器中填料表面的生物膜的生长逐渐趋于稳定。反应器挂膜启动完成后的降解效率随着底物浓度、光照强度、温度和底物溶液pH值的增加而增加,直到降解效率达到一个峰值后开始下降。光波长对反应器的降解效率也具有明显的影响。     

厌氧发酵产氢细菌的厌氧操作与紫外线诱变技术

结合几种厌氧操作,即Hungate滚管分离法、厌氧培养瓶分离法、平板夹层厌氧法和培养皿平板分离法,对乙醇型产氢发酵细菌进行紫外诱变及突变体分离筛选,比较证明在提供厌氧操作条件下(厌氧操作箱),直接涂布平板分离法是培养、分离、筛选严格厌氧产氢突变菌株的最佳方法,通过对分离培养基成分的调整及观测菌落的生长突变及分离效果,确定紫外分离厌氧产氢突变菌株的分离培养基。同时确定乙醇型发酵产氢细菌紫外辐射的最适照射时间控制在3 m in之内,突变菌株遗传稳定性的传代次数至少控制在6次。紫外诱变获得的高效稳定产氢突变体的产氢能力比对照菌株提高40%—65%。     

光合细菌生物制氢反应器的现状分析

光合细菌制氢反应器开发是光合细菌产氢由实验室研究向实际转化的重要阶段。文章对目前国内外光合细菌制氢反应器发展现状进行了比较,分析了光合细菌生物制氢反应器开发存在的主要问题,提出以太阳作主光源的多点分布式内置光源反应器是生产化反应器开发的重要途径。     

质子交换膜水电解制氢膜电极研究进展

质子交换膜水电解（PEMWE）制氢具有可适用于风能太阳能等可再生能源的间歇性和波动性、能量转换效率高、启动快速、占地小等优点,成为目前绿氢制取重点关注的技术。膜电极作为水电解制氢关键核心部件,对于水电解制氢的性能、效率和寿命至关重要,并随着量产规模的扩大在系统成本中的占比越来越高。发展高性能、低成本和高耐久性的膜电极对于绿氢的低成本大规模制取具有重要意义。本文综述了近年来质子交换膜电解水制氢膜电极中质子交换膜、催化层、多孔传输层等关键材料部件以及膜电极制备技术的研究进展和成果,并进行了简要评述。从膜电极设计和开发的角度系统地梳理了如何提高电解制氢性能、降低水电解制氢膜电极成本等方面的进展。最后,就未来膜电极研发的方向提出了建议。     

Methylcyclohexane dehydrogenation for hydrogen production via a bimodal catalytic membrane reactor

The dehydrogenation of methylcyclohexane (MCH) to toluene (TOL) for hydrogen production was theoretically and experimentally investigated in a bimodal catalytic membrane reactor (CMR), that combined Pt/Al₂O₃ catalysts with a hydrogen‐selective organosilica membrane prepared via sol‐gel processing using bis(triethoxysilyl) ethane (BTESE). Effects of operating conditions on the membrane reactor performance were systematically investigated, and the experimental results were in good agreement with those calculated by a simulation model with a fitted catalyst loading. With H₂ extraction from the reaction stream to the permeate stream, MCH conversion at 250°C was significantly increased beyond the equilibrium conversion of 0.44–0.86. Because of the high H₂ selectivity and permeance of BTESE‐derived membranes, a H₂ flow with purity higher than 99.8% was obtained in the permeate stream, and the H₂ recovery ratio reached 0.99 in a pressurized reactor. A system that combined the CMR with a fixed‐bed prereactor was proposed for MCH dehydrogenation. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 1628–1638, 2015     

超临界水中葡萄糖气化制氢实验研究

以葡萄糖为生物质模型化合物,在超临界水中进行气化反应,考察不同压力、温度、物料浓度等对气化产物组成及气化制氢效果的影响。实验结果表明,反应器壁温在500—650℃范围内,温度的升高有利于葡萄糖的气化制氢,25MPa、650℃时气化率超过100%。添加适当的催化剂可以有效促进水气转化反应。     

钯膜反应器制氢研究进展

钯膜与水蒸汽重整反应器集成使反应与分离一体化,在降低装置投资成本和节能降耗方面具有明显优势和发展前景,受到研究者的青睐。综述了固定床和流化床钯膜反应器规模验证方面的研究进展,并指出钯膜反应器制氢工业化进程中可能会遇到的问题和需要解决的问题。     

碘酸钾催化电解葡萄糖制氢过程研究

基于多金属氧酸盐(POMs)的催化电解生物质制氢技术表现出很好的开发前景.以成本更加低廉的KIO3替代POMs,对其液相催化电解葡萄糖制氢过程进行探索.研究表明,适宜的预处理温度为80℃,预处理时间为4h;与POMs相比,以KIO3为催化剂,无需在预处理前后调节溶液的pH值,其工艺更为简单.在最适宜预处理条件下,电解葡...     

光合细菌降解有机污染物的研究进展

利用微生物降解有机污染物是环境工程研究的热点之一。光合细菌(PSB)以其特有的生理特性和降解多种有机污染物的能力，日益受到了人们的重视。综述了光合细菌降解较复杂的有机污染物的种类、降解机理、有关的降解酶类和降解性质粒等方面的研究工作，为进一步扩大光合细菌实际应用展示了广阔的前景。     

High-performance oxygen transport membrane reactors integrated with IGCC for carbon capture

Precombustion carbon capture is an effective strategy to reduce large-scale CO₂ emissions, which is mainly used in the area of integrated gasification combined cycle (IGCC) power plants. Oxygen transport membranes (OTMs) were suggested as the air separation unit to produce high purity oxygen for the gasifier. However, the improvement in efficiency was limited. Here, a new IGCC process is reported based on a robust OTM reactor, where the OTM reactor is used behind the coal gasifier. This IGCC-OTM process fulfills syngas oxidation, H₂ production, and carbon capture in one unit, thus a significant decrease of the energy penalty is expectable. The membrane reactor does not use noble metal components, and exhibits high hydrogen production rates, high hydrogen separation factor (10³–10⁴), and stable performance in a gas mixture mimicking real syngas compositions from a coal gasifier with H₂S concentrations up to 1,000 ppm.