丁酸型产氢细菌WN9利用谷糠发酵的产氢特征

该研究从牡丹江江滨公园的河道底泥样中筛选获得1株丁酸型发酵产氢细菌的新菌株Clostridium butyricum WN9,并分别以葡萄糖和小米内、外壳谷糠为底物进行发酵产氢实验。实验结果表明:以葡萄糖为底物时,最大比产氢率为1.89 mol/mol;以小米内、外壳谷糠为底物时,内壳谷糠更易被利用,最适宜的内、外壳谷糠浓度分别为50,30 g/L,最大比产氢率分别为20.1,12.7 mL/g;低初始pH值条件(pH6.0)有利于提高谷糠转化效率,当内、外壳谷糠浓度均为50 g/L,初始pH值为6.0时,最大比产氢率分别提高至21.5,15.5 mL/g。     

乙醇型发酵与丁酸型发酵产氢机理及能力分析

氢气是一种新型清洁能源，方便快捷的制氢方法正日益受到重视，产氢－产酸发酵过程中氢气产生的主要途径为乙醇型发酵过程和丁酸型发酵过程，在对这两种发酵类型产氢机理及能力的理论研究及对比试验中，发现乙醇型发酵途径发酵产氢能力要优于丁酸型发酵过程（平均为25％－40％），并且该文将pH值和氧化还原电位（ORP）作为综合环境因子考察，通过与发酵过程产氢量指标相配合分析，认为乙醇型发酵过程是一种较佳的有机物生物发酵制氢途径。     

丁酸型产氢-产酸发酵细菌pH生态位探讨

本试验结果认为,细菌在3 86,或4 5>PH>5 3生态位理论。分析原因在于,试验过程中的环境因素———C/N比的降低,氮源物质浓度的提高,相应提高了微生物的合成代谢水平,并且使得细菌发酵过程在pH值较低的环境中,向合成代谢水平较高的丁酸型发酵转变。细菌发生丁酸型发酵是在环境内多种环境因子协同作用下进行的。该试验结果拓宽了前期理论研究中得到的丁酸型发酵生态位范围,为今后相关的理论研究及实际生产提供了理论依据。     

Fe对产氢发酵细菌发酵途径及产氢能力影响

经过对20株产氢发酵细菌的静态发酵试验，结果发现加入Fe的培养液中细菌发酵由原来的丁酸型发酵过程向乙醇型发酵过程转化；在有机物发酵产氢的两个主要途径中，Fe为必要成分之一，其参与促进酶促反应的进行。在相似培养条件下，单质Fe与Fe^2 均可诱导细菌代谢向乙醇型发酵转化，其中单质Fe的作用能力优于Fe^2 ；在细菌代谢过程中，单质Fe具有提高细菌发酵产氢能力的作用。     

C/N对细菌产氢发酵类型及产氢能力的影响

反应基质中的C/N比作为影响因子,参与细菌的产能代谢过程,主要作用于微生物的自身合成代谢过程和有机物在微生物体内的生物氧化过程。乙醇型发酵过程中由于物质和能量转化问高度平衡细胞合成代谢处于较低的水平,而丁酸型发酵过程中,由于NADH H参与细胞合成代谢。所以发酵基质内C／N比过低,过剩的N源物质进一步促进了微生物细胞的合成代谢。并且导致的发酵类型向丁酸型发酵转变的现象,是微生物种群维持“内平衡”的适应性结果。分析认为反应基质中的C/N比作为影响因子,是作用于系统发酵产氢过程稳定性的主要因素之一。在试验及生产过程中,为了得到最佳产氢发酵类型一乙醇型发醇,应严格控制反应系统底物环境内C／N≥200,将微生物细胞合成代谢过程控制在较低的水平,在提高系统产氢能力及其稳定性的同时,降低系统剩余污泥的产生量。     

产酸发酵细菌产氢机理探讨

生物制氢技术在世界范围内受到了普通重视，对于生物产氢的机理研究也在不断深入，为生物制氢技术的开发打下了坚实的基础。该文在前人研究成果的基础上，对产酸发酵细菌的多种产氢途径和机理进行了全面探讨。分析认为，在产酸相反应器中的产酸发酵细菌，其主要产氢途径是丙酮酸脱羧产氢和辅酶Ⅰ的氧化与还原平衡调节产氢。通过生化反应的热力学分析证明，即使是氢分压高达0．5个标准大气压时，只要生境中pH值小于4．78，NADH＋H^ 转化为氢的过程就可以顺利进行。     

预处理温度对活性污泥发酵产氢特性的影响

为寻求适宜的种泥热处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察了城市污水处理厂好氧活性污泥分别经65、80、95、110℃热处理30min后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明:在初始pH=7.0、葡萄糖浓度10g/L、接种量2gMLVSS/L条件下,35℃培养72h,经65℃和95℃处理的种泥表现出较好的发酵产氢性能,其葡萄糖的氢气转化率分别达到1.08和1.11mol/mol,污泥的比产氢率分别为8.36和9.05mmol/gMLVSS;经65℃预处理的种泥发酵体系,表现为丁酸型发酵,其葡萄糖降解率和最大产氢速率分别高达82%和11.29mL/h,而经95℃预处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征,其葡萄糖转化率和最大产氢速率分别仅为76%和4.45mL/h。     

产氢菌的投加方式对强化发酵菌群产氢的影响

通过间歇培养研究了产氢菌Ethanoligenens sp B49的投加方式对生物制氢反应器的混合发酵菌群生物强化作用的影响.结果表明,产氢菌的投加方式对发酵菌群的产氢能力有显著影响.产氢菌发酵液的直接投加使发酵菌群的产氢能力下降,并引起培养液中发酵产物乙醇和乙酸浓度的显著增加.分析认为,产氢菌发酵液对发酵菌群的末端产物抑制和低pH值抑制作用是导致产氢作用受到抑制的主要原因.离心后单独投加产氢菌菌体可提高发酵菌群的产氢能力,起到强化产氢的作用.投加10.8%的产氢菌强化发酵菌群时,培养45h的累计产氢量为155.0 mL.比强化前发酵菌群培养的产氢量提高了21.5%.因此在利用产氢菌生物强化发酵菌群的研究中,应采用离心分离后单独投加产氢菌菌体的方式进行生物强化.     

新型生物制氢反应器的运行及产氢特性

以厌氧活性污泥为产氢菌种,糖蜜废水为底物,研究了新型外循环颗粒污泥膨胀床(ECGSB)生物制氢反应器的运行及产氢特性.结果表明,ECGSB反应器可在较高的容积负荷(VLR)下实现高效稳定的产氢,稳定运行时,反应器内可观察到自絮凝产氢颗粒污泥的形成,污泥平均浓度高达24.1gVSS/d,系统最大产氢能力为7.43m3/m3·d,发酵气中氢气体积含量为50%～56%.系统形成自絮凝产氢颗粒污泥是ECGSB反应器高效运行和产氢的关键,自絮凝产氢颗粒污泥既增加了活性产氢细菌的生物持有量,又提高了系统抗冲击负荷的能力.连续流运行各项参数表明,ECGSB反应器具有良好的运行稳定性和产氢优势;提出乙醇型发酵快速启动的调控对策,在发酵法生物制氢领域具有广泛的应用前景.     

产氢细菌对不同单双糖的发酵产氢利用与效能

采用间歇培养方法,分别以单糖(葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖)、双糖(蔗糖)作为产氢微生物培养基中的底物,对产氢微生物培养过程中的产氢效能进行了研究,探索产氢细菌对不同单双糖的发酵产氢的利用与效能.研究结果表明:不同单糖之间的气体产量差别较小,但是底物浓度对氢气产量影响很大;葡萄糖浓度10g/L是产氢菌SUES-1生长、产氢的适宜底物浓度;双糖(蔗糖)的产氢量大于相同浓度单糖(葡萄糖)的产氢量.     

光合生物制氢过程中系统温度变化实验研究

以高效产氢细菌群为实验用菌种,采用单因子试验方法,主要研究光合菌群在不同条件下生长制氢过程中由于放热所引起系统温度的变化规律。结果表明:在不同的产氢条件下系统温度随着产氢时间的延长均有明显的变化规律,即光合生物制氢过程中系统温度均有不同幅度的升高。初始温度、接种量和光照强度对系统温度变化有显著影响,从其对温度变化影响看,光合制氢过程中选用初始温度30℃、光照强度2000lux、接种量40%较适宜。     

发酵条件对发酵产氢细菌B49产氢的影响

采用间歇发酵实验，研究了葡萄糖浓度、接种量、温度、氮源、不同有机底物对发酵产氢产酸细菌新菌种IM9(AF481148 in EMBL)生物产氢的影响。结果表明，接种量影响IM9的产氢；IM9生长和产氢适宜温度均为35℃；IM9不能利用无机氮源，而有机氮是IM9生长、产氢的适宜氮源；葡萄糖是IM9发酵产氢的最适宜底物，当浓度为10g／L时，IM9的葡萄糖利用率为100％，氢气得率为1．69molH2／mol glucose；此外，IM9可利用小麦、大豆、玉米、土豆及糖蜜废水和啤酒废水产氢，其中利用糖蜜废水、啤酒废水产氢分别为137．9ml H2／g COD和49．9ml H2／g COD。     

猪粪预处理方法对光合菌群生物产氢的影响

通过实验研究了猪粪的不同预处理方法对光合菌群产氢效果的影响,介绍了采用不同方法预处理的猪粪与高效产氢光合菌群产氢量的相关关系、预处理前后猪粪污水中小分子有机酸含量的变化规律以及猪粪的最佳预处理工艺条件等。指出对养殖厂猪粪污水进行光合产氢的最佳预处理方法为光合细菌黑暗好氧处理4d,最佳工艺条件为温度20～35℃、接种量50%、装料厚度小于4cm,对开发以畜禽粪便为原料的高效光合生物制氢技术和畜禽粪便污水洁净化处理技术具有重要的科学意义和实用参考价值。     

厌氧高效产氢细菌的筛选及其耐酸性研究

采用厌氧Hungate技术 ,从生物制氢反应器厌氧活性污泥中分离到 18株发酵产氢细菌 ,并从中优选出 1株高效产氢细菌B4 9。通过间歇试验 ,B4 9获得最大比产氢速率QH2 为 2 5 .0mmol/g·h ,单位体积产氢量YH2 为 1813.8mL/L ,氢气含量为 6 4 .15 %。B4 9菌株为乙醇型发酵产氢细菌 ,具有良好的耐酸性 ,在 pH3.3仍能生长。发酵产氢和细菌生长的最适 pH值约为 3.9～ 4 .2。     

多碟太阳能聚热与生物质超临界水气化耦合制氢

搭建了一套连续式多碟太阳能聚热与生物质超临界水气化耦合制氢系统,以生物质模型化合物(乙二醇、丙三醇、葡萄糖)为原料在该装置上进行了气化制氢实验,研究了太阳能直接辐照度(DNI)、物料成分、物料浓度、停留时间对气化效果的影响。实验结果表明:太阳能直接辐照度对太阳能吸收器腔内及反应器壁温的影响较大,进而能影响气化效果,在实验流量、压力范围内当DNI为363～656W/m2时,反应器出口流体温度达520～676℃,可以满足生物质超临界水气化制氢的温度及能量需要。0.1mol/L葡萄糖气化H2体积分数均值超过50%,H2产量为27.2mol/kg,气化率达109.7%。低物料浓度和长停留时间有利于气化效果的提高。实验验证了利用可再生的太阳能聚焦供热耦合生物质超临界水气化制氢是可行的。     

柳枝稷鲜样及干样的稀酸预处理及乙醇发酵研究

为了比较柳枝稷的鲜样品与干样品生产乙醇的差异,首先对柳枝稷鲜样品和干样品进行稀酸水解研究,接着用本实验室酵母菌种Y7对两种原料的稀酸水解糖液进行未脱毒的乙醇发酵.研究结果表明:柳枝稷鲜样品稀酸水解的纤维素和半纤维素转化率、还原糖得率和水解液的乙醇产率都明显优于风干样品.该研究为柳枝稷的充分利用生产乙醇提供了新的有效途径.     

连续式超临界水中煤/CMC催化气化制氢

在向水煤浆中添加CMC（羧甲基纤维素钠），成功实现水煤浆高压均匀输送基础上，对超临界水中煤／CMC催化气化制氢性能进行了进一步研究。结果表明：在压力20～25MPa、停留时间15～30s、NaOH添加量0．1％、反应器外壁温650℃条件下，超临界水中煤/CMC催化气化制氢气体产物中H2摩尔含量远比常规气化高，主要气体产物是H2、CO2和CH4。增加物料中CMC的含量、升高压力均有利于提高气体产物中心的产量，延长停留时间虽有利于物料气化但不利于氢气的制取。     

Ni、Fe负载CaO催化剂作用下生物油模化物水蒸气催化重整制氢研究

采用浸渍法制备Ni/CaO、Fe/CaO、Ni-Fe/CaO催化剂,用于生物油模化物乙酸水蒸气催化重整反应.对反应前后催化剂进行BET、H2-TPR、CO2-TPD、XRD等表征.通过比较3种催化剂重整反应性能得出Ni/CaO催化剂具有最佳性能.进一步研究在Ni/CaO催化剂参与下反应温度、水碳比(S/C)、液时空速(...