中空纤维膜反应器内合成气发酵制氢的研究

研究了在中空纤维膜生物反应器(MBR)内利用合成气中的CO作为碳源连续发酵制氢的性能。厌氧发酵菌C.hydrogenoformans应用于生物催化合成气发酵制氢反应中,可把CO和H2O直接转化为CO2和H2。在MBR内连续厌氧发酵,分别考察了不同CO进料载荷和液相循环量对反应器产氢性能的影响。实验结果表明,在CO进料载荷为0.22 mol/d、液相循环量为1 500 mL/min时,分别得到最大的CO转化率97.6%和产氢速率0.46 mol/d,产氢得率保持在90%以上,同时计算得到膜生物反应器中的气液传质系数为1.72 h-1。     

CSTR厌氧发酵产氢系统中载体强化的研究

利用糖蜜废水作为发酵底物,以有效容积为5.4 L的连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为反应装置,考察了载体强化(颗粒状活性碳)对生物制氢工艺的影响。研究表明,CSTR反应器采用经好氧曝气预处理的污泥作为接种污泥,温度控制在36°C,水力停留时间(HRT)6 h。有机负荷(OLR)在8～24 kg/m3d的范围之间变化时,可以发现产气量和产氢量随着OLR的提高而有所增加。发酵气体的主要成分是CO2和H2,其中H2的含量为38.4%～41%。反应器在OLR 24 kg/m3d时得到了最大产氢率3.56 L。另外,OLR和VSS/SS两者呈现明显的反比关系,线性关系可以表示为y=-0.6x+78(r2=0.4948)。颗粒状活性碳能使产氢系统中氢气的产量、pH值和液相发酵产物更加稳定,可作为发酵产氢的载体强化材料。     

菌源处理方式对发酵产氢微生物菌群及产氢性能的影响

菌源预处理方式是影响和制约发酵生物制氢效率的关键因素之一。本文以牛粪堆肥为产氢菌源,在20 L连续流搅拌槽式反应器(CSTR)反应器中,考察了红外烘干、浸泡、红外烘干结合曝气、红外烘干结合加糖曝气四种菌源预处理方式对发酵产氢微生物菌落及产氢性能的影响。结果表明,在T为36±1℃、pH为5.0±0.1、C：N：P=500：5：1、底物浓度为10 g/L、HRT为11 h的条件下,牛粪堆肥经红外烘干处理4 h后进一步加糖曝气3天,获得最大产气速率和最大氢浓度分别为0.5089 L H₂·L·h) ^-1和55.5%。通过PCR-DGGE指纹图谱分析对不同菌源预处理条件下发酵产氢系统中微生物群落结构的变化信息进行了比较分析。产氢验证实验表明：在最佳产氢条件下,以红外烘干结合加糖曝气预处理的牛粪堆肥为产氢菌源,以蔗糖为底物,得到的最大氢产量、氢浓度、产氢速率分别为：387.6 ml H2/g-sucrose、55.5%和0.5089 L H₂·L·h) ^-1.液相末端发酵产物中丁酸和乙酸占VFAs总量的75%以上。     

发酵制氢废液的微生物电解池产氢

采用单室微生物电解池（MEC）反应器为实验装置,通过预处理技术强化发酵制氢废液中乙酸的积累,并将该发酵废液作为底物,考察了以废液中累积的乙酸作为主要电子供体、碳布为阳极、涂布有Ni纳米颗粒的不锈钢网为催化阴极的产氢效果。结果表明,在MEC中,以预处理的发酵制氢废液积累的乙酸为底物,最高产氢率可达(1.31±0.04) m3H2/(m3?d)和(2.78±0.11) mLH2/mgCOD,同时可获得138.6%±3.1%的能量效率和99.0%±0.3%的COD去除率。实验表明,利用MEC可将发酵末端产物进一步降解,从而减弱了“发酵障碍”现象,实现了治污和产能的统一。     

添加Fe~(2+)对克雷伯氏菌发酵产氢特性的影响

在克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液产氢体系中添加Fe~(2+),探究不同Fe~(2+)添加浓度对菌株产氢及其动力学、还原糖利用、生长OD值及其糖利用耦合的产氢和菌体生长效率的影响。结果表明,Fe~(2+)添加浓度为20 mg/L处理的累积产氢量最高,达2 200 mL/L以上,较之0 mg/L处理的提高约20%,Gompertz模型拟合的参数P、R_m值最高,分别可达2 550.63 mL/L、25.08 mL/(L·h)。该添加浓度下,菌株获得的葡萄糖、木糖利用率和ΔOD_(600)值最高,较之0 mg/L处理的分别提高12%,4.3%和6.5%,基于还原糖利用的产氢效率Y(H_2/S)亦提高7.9%。     

pH值对光合细菌利用乙酸(钠)产氢的影响

详细考察了pH值对光合细菌利用乙酸(钠)产氢的影响作用.研究结果表明,光合细菌利用乙酸(钠)产氢的最佳pH值为6.80;在最佳pH值下,乙酸(钠)的降解率为99.3%,氢气的转化率为0.91 mol H2/mol 乙酸,最大比产氢速度为34.6 mL/(g-VSS·d),能量转化率为22.8%.     

添加Fe~(2+)对克雷伯氏菌发酵产氢特性的影响

在克雷伯氏菌发酵棉秆水解糖液产氢体系中添加Fe⁽²⁺⁾,探究不同Fe(2+),探究不同Fe⁽²⁺⁾添加浓度对菌株产氢及其动力学、还原糖利用、生长OD值及其糖利用耦合的产氢和菌体生长效率的影响。结果表明,Fe(2+)添加浓度对菌株产氢及其动力学、还原糖利用、生长OD值及其糖利用耦合的产氢和菌体生长效率的影响。结果表明,Fe⁽²⁺⁾添加浓度为20 mg/L处理的累积产氢量最高,达2 200 mL/L以上,较之0 mg/L处理的提高约20%,Gompertz模型拟合的参数P、R_m值最高,分别可达2 550.63 mL/L、25.08 mL/(L·h)。该添加浓度下,菌株获得的葡萄糖、木糖利用率和ΔOD_(600)值最高,较之0 mg/L处理的分别提高12%,4.3%和6.5%,基于还原糖利用的产氢效率Y(H_2/S)亦提高7.9%。     

一株产2-酮基-D-葡萄糖酸菌的筛选鉴定及其发酵优化

以(NH4)2SO4为底物氮源,采用平板变色圈法从土壤中分离筛选出一株2-酮基-D-葡萄糖酸生产菌株Serratia sp. FMME043,对其碳源、氮源、无机源和摇瓶类型等产酸条件进行优化,确定以(NH4)2SO4为氮源的摇瓶产酸最佳条件为葡萄糖180 g/L, (NH4)2SO4 2.0 g/L, KH2PO4 1 g/L,在初始pH 7.0及750 mL双刺摇瓶装液量10%、培养温度30℃、摇床转速200 r/min条件下发酵48 h,2-酮基-D-葡萄糖酸产量达169.5 g/L,得率为0.87 mol/mol,并在7 L发酵罐中进行了验证.     

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。     

添加Ni2+强化Klebsiella sp.发酵棉秆水解糖液产氢性能

将不同质量浓度Ni~(2+)添加至棉秆水解糖液发酵产氢系统,研究了Ni~(2+)添加对Klebsiella sp.发酵棉秆水解糖液合成生物氢过程的影响。结果表明:在Ni~(2+)添加质量浓度为20 mg/L处理下,Klebsiella sp.能获得最高的累积产氢量,其发酵120 h的累积产氢量较之对照组提高约24%。该添加质量浓度下,菌株通过Gompertz方程对累积产氢量拟合的动力学参数——产氢潜力P和最大产氢速率R_m值最高,分别可达2 957.65 mL/L和22.10 mL/(L·h),延滞期λ最短,仅为2.32 h。该添加质量浓度下,葡萄糖和木糖消耗率、ΔOD_(600)均值最高,较之对照组分别提高12.5%,5%和14.7%,说明适当质量浓度Ni~(2+)添加至Klebsiella sp.发酵棉秆水解糖液产氢系统有利于生物氢的合成、还原糖的消耗及菌体的生长。本研究结果为Klebsiella sp.更高效产氢和棉秆水解液更有效转化利用提供了理论基础和技术参考。     

流速对垃圾渗滤液EGSB发酵产氢的影响

以生活垃圾堆肥厂初期渗滤液为对象,以厌氧颗粒污泥为接种物,研究了液体上升流速(Vup)对EGSB反应器厌氧发酵制氢系统的影响。分析了进、出水中CODCr、p H值、挥发性脂肪酸(VFAs)的变化及产气量和成分。结果表明在中温(35±1)℃,p H值为5.0~5.5,水力停留时间为24 h的条件下,液体上升速度的变化对系统的产氢能力有所影响,在Vup为3.7 m/h时,系统的CODCr去除率、氢气产生速率分别为49.6%~51.6%、1 996~2 183m L/(L·d),两者值均高于其它阶段,液相末端发酵产物中乙醇和乙酸总量占VFAs总量的80%以上,发酵类型以乙醇型发酵为主。     

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。     

海洋微生物溶菌酶的发酵优化与中试生产

以海洋细菌S-12-86为试验菌株,采用摇瓶发酵优化的方式,研究培养基组分(碳源、氮源、碳源与氮源的比例、金属离子)与发酵条件(培养温度、接种体积分数、装液体积分数、起始pH值、产酶周期)对海洋微生物溶菌酶产量的影响,并进行中试放大试验。结果表明:该菌产酶最佳培养基组分为:葡萄糖10 g/L,蛋白胨5 g/L,MgSO45 g/L,CaCl22 g/L;最适发酵培养温度为30℃,接种体积分数为4.0%,装液体积分数为10.0%,起始pH值为8.0,发酵周期24 h。海洋细菌S-12-86发酵优化后的产酶量(25636.8 U/mL)较优化前的产酶量(14454.4 U/mL)提高了75.4%。海洋微生物溶菌酶中试发酵的产酶量达26697.87 U/mL。说明摇瓶发酵优化条件可以应用于海洋微生物溶菌酶中试生产上。     

外源H_2对沼气发酵体系的影响

以水稻秸秆为原料,在30L搅拌发酵罐中55℃下进行厌氧发酵产沼气实验,探索外源H_2的连续导入对发酵过程的影响。结果表明:外源H_2的导入可以实现沼气的原位提纯,CH4相对平均体积分数从69.6%可提高到94.4%(搅拌速度100 r·min~(-1)),同时CO_2相对平均体积分数从30.4%降低至5.6%(搅拌速度100 r·min~(-1));对比无搅拌的小试装置,搅拌速度为50 r·min~(-1)时,搅拌可将外源H_2的利用率从91.0%提高到93.1%,转化率从85.0%提高到96.8%;外源氢的导入可明显促进丙酸、丁酸和异丁酸的降解,可有效地避免发酵过程中VFAs的累积问题,同时搅拌的加强对发酵体系乙酸分解产CH_4和沼液中CO_2的消耗也有明显的促进作用,最终使得沼液的pH略有上升;外源H_2的通入与搅拌改变了发酵系统内的微生物群落组成比例,但并未对系统内的产CH_4微生物群落结构产生明显的影响。     

电解CO_2储存可再生电能的N-甲基吡咯烷酮/四丁基高氯酸铵电解液研究

将CO_2转化为甲醇,用作燃料或基础化工原料,是实现CO_2资源化利用的重要途径之一。研究设计了一种新型双室隔膜电解池,能够在N-甲基吡咯烷酮(NMP)/四丁基高氯酸铵(TBAP)溶液中,以可再生电能为能源,用电化学催化还原的方法将CO_2转化为CO,然后用工业制甲醇的传统方法将CO氢化还原为甲醇。循环伏安测试结果表明,CO_2在Au电极上发生了电还原反应;恒电位电解测试结果表明,阴极电流密度最高可达6.6 m A×cm~(-2);气相色谱检测结果表明,阴极气相反应产物主要为CO,生成CO的电流效率最高可达93%。由于CO_2电还原反应自身有H_2O生成,阴极表面有H2析出。扫描电镜(SEM)检测表明,Au电极表面没有附着物生成。在N-甲基吡咯烷酮/四丁基高氯酸铵溶液中电还原CO_2,具有电解液性质稳定、电极不中毒的优点,因而具有潜在的工业化应用前景。     

皮状丝孢酵母发酵高粱秸秆水解液产油脂条件研究

对皮状丝孢酵母发酵高粱秸秆水解液产脂的培养基组成和发酵条件进行了探索,并对油脂的脂肪酸组成进行了鉴定。结果表明最佳条件为:补加4%蔗糖,0.5%酵母膏+0.5%硫酸铵为氮源,初始p H 5.5,发酵摇瓶装液量为300 m L三角瓶装高粱秸秆水解液25 m L,时间5 d。在最佳条件下于28℃、150 r/min发酵培养得生物量为3.256 g/L,油脂含量为37.1%,产脂能力为1.208 g/L。所产生物油脂的脂肪酸主要为油酸、棕榈酸、亚油酸、和硬脂酸;亚油酸含量丰富,更利于后期加工。     

一株产普鲁兰酶芽孢杆菌的筛选鉴定及发酵条件优化

从甘肃定西某淀粉加工厂附近土壤中分离得到一株产普鲁兰酶酶源菌AI-1,通过形态学、生理生化试验及16S rRNA序列鉴定并对其进行系统发育分析,鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),对其发酵培养基成分和发酵条件进行了优化。优化后的发酵培养基成分为:可溶性淀粉1.5%,酵母膏1%,蛋白胨1%,NaCl0.5%,K2HPO40.1%,MgSO4·7H2O 0.05%;最佳发酵条件为:培养温度36℃,发酵培养基初始pH 7.0,接种量8%(V/V),摇床转速150 r/min,发酵周期72 h。在此优化条件下,菌株AI-1发酵所产普鲁兰酶的酶活由最初的2.45 U/m L提高到了4.52 U/m L。     

一株产普鲁兰酶芽孢杆菌的筛选鉴定及发酵条件优化

从甘肃定西某淀粉加工厂附近土壤中分离得到一株产普鲁兰酶酶源菌AI-1,通过形态学、生理生化试验及16S rRNA序列鉴定并对其进行系统发育分析,鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),对其发酵培养基成分和发酵条件进行了优化。优化后的发酵培养基成分为:可溶性淀粉1.5%,酵母膏1%,蛋白胨1%,NaCl0.5%,K2HPO40.1%,MgSO4·7H2O 0.05%;最佳发酵条件为:培养温度36℃,发酵培养基初始pH 7.0,接种量8%(V/V),摇床转速150 r/min,发酵周期72 h。在此优化条件下,菌株AI-1发酵所产普鲁兰酶的酶活由最初的2.45 U/m L提高到了4.52 U/m L。     

产氢菌的分离鉴定及发酵性能

为了获得高性能的产氢菌,从碱处理后活性污泥中分离纯化得到两株产氢菌(H-1和H-2),生物学鉴定表明两株菌均为Enterobacter种属,H-1菌为Enterobacter cancerogeous HG6 2A种属,而H-2与Enterobacter homaechei83的关系最亲近.发酵实验结果表明,将H-1和H-2菌液进行1:1混合时发酵性能最佳,对应的发酵时间和产氢量分别为33h和861mL/L,混合发酵克服了H-1菌单独发酵氢产量低和H-2菌发酵时间长的缺陷.发酵液中主要挥发性脂肪酸(VFA)为乙酸和丁酸,表明两株菌的发酵类型均为丁酸型发酵.由于两株菌的协同作用,混合发酵初期VFA的累积速率降低,提高了发酵体系的稳定性.     

Pt/TiO_2的制备及其在利用废水中有机酸产氢中的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO_2,并通过贵金属沉积法对其进行Pt掺杂改性,利用XRD、TEM对催化剂进行表征,结果发现,Pt/TiO_2平均晶粒约12 nm。通过Pt的掺杂改性使光催化总产氢量得到明显提高,Pt的掺杂量为1%、质量浓度为0.20 g/L时,Pt/TiO_2光催化产氢性能最好。用乙酸、丙酸、正丁酸为废水有机酸的牺牲剂,考察其初始浓度对光催化产氢性能的影响,乙酸、丙酸初始浓度为0.12 mol/L时,总产氢量达到最高,此时每摩尔乙酸、丙酸转化为氢气的量分别为4 288、3 710 mL;正丁酸初始浓度为0.16 mol/L时,总产氢量达到最高,此时每摩尔正丁酸转化为氢气的量为1 384 mL。