生物制氢技术发展历程及其特征

介绍了生物制氢技术的发展历程,通过分析各种生物制氢技术的特征及研究进展,指出光合生物制氢技术是一种最具发展潜力的生物制氢方法。     

基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究

以产氢量为主要实验指标,基于响应面法BBD模型研究不同影响因素对生物质秸秆酶解光合产氢的影响,考察光合产氢过程中不同影响因素间交互作用的显著性,并对玉米秸秆酶解光合生物制氢工艺进行优化。研究结果表明:p H值、温度和纤维素酶量三因素中,p H值对玉米秸秆酶解光合产氢的影响最大;多因素交互作用中,p H值和温度的交互作用最为显著;采用BBD模型获得的最佳产氢条件为:p H值5.43,温度30.8℃,纤维素酶量70 mg/g,最大产氢量149.39 m L,最大产氢率29.88 m L/g。通过实验对模型进行验证,实际最大产氢量达155.52 m L,产氢率31.11 m L/g,和预测值的误差为4.1%,说明该模型具有较好的拟合性。     

Fe3O4纳米颗粒对玉米秸秆光发酵产氢的影响

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe₃O₄纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe₃O₄纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VSS相比提升(33.11±0.01)%,此时的能量转化率也提高33.10%。产氢动力学分析结果也表明Fe₃O₄纳米颗粒对反应体系有明显的影响,粒径60 nm的Fe₃O₄纳米颗粒浓度为100 mg/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率分别为46.97 mL/g VSS和1.06 mL/(g VSS·h)。适宜的Fe₃O₄纳米颗粒的粒径和浓度能显著促进光发酵产氢能力,而浓度过高则会产生抑制作用。     

上燃均衡供氧式生物质成型燃料炊事炉的设计与性能测试

为提高农村用能效率,依据生物质燃烧特性和热工计算标准,设计上燃均衡供氧式生物质成型燃料炊事炉。确定炊事炉的主要设计参数,构建相互独立的螺旋式分级配风系统及灰仓与风管相结合的自然进风系统,并对炊事炉的性能进行测试。结果显示炊事炉热效率为40.25%,炊事火力强度为3.32 kW,烟尘、CO、SO_2、NO_x等烟气污染物排放均符合国家相关标准,可保证成型颗粒燃料的充分燃烧,提高燃烧性能。     

光合细菌产氢系统累积热量对酶活性的影响

研究了外界因素引起累积热量的不同对光合细菌酶活性的影响,结果表明温度为27℃有热量累积的系统固氮酶和放氢酶活性的表达最为显著;光照强度在500～3000lx范围内,有热量累积的系统,固氮酶活性和放氢酶活性都高于无热量累积的系统;10%接种有热量累积的系统固氮酶活性最大为554mmlC2H4/mL菌液/h,放氢酶活性也最大为860nmolH2/mL菌液/h;除葡萄糖浓度为0.5%的放氢酶活性不表达,其它有热量累积的系统固氮酶和放氢酶活性都高于无热量累积的系统,葡萄糖浓度为3.0%有热量累积的系统固氮酶和放氢酶活性最高;不同NW4+浓度,累积热量都有利于固氮酶和放氢酶活性的表达,NH4+浓度为0.4g/L有热量累积的系统酶活性表达最为显著.     

维生素B4对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

以玉米秸秆类生物质为产氢原料,研究维生素B4对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明,当维生素B4浓度为75 mg/L时,光合细菌生长情况最好,细菌干重最大值为0.934 g/L;维生素B4浓度为100 mg/L时,氢气累积产量达178 mL,比对照组显著提高了43.8%,对光合细菌产氢的促进效果最好;添加维生素B4对HAU-M1光合细菌发酵产氢过程的pH值影响显著,可减弱发酵液酸化,有利于光合细菌发酵产氢。显见,维生素B4对HAU-M1光合细菌生长及秸秆类生物质光合产氢具有明显的促进作用,可为进一步研究开发秸秆类生物质光合细菌发酵产氢工艺技术提供科学参考。     

超微玉米秸秆光合产氢响应面法优化研究

为了优化超微生物质秸秆产氢工艺,提高产氢能力,对影响超微生物质秸秆光合产氢的主要因素进行正交试验研究,获得温度、光照、底物浓度、接种量四因素与产氢量的数学模型,并进行两因素的交互效应分析,发现各因素的边际产量均减小,温度对边际产量的影响最大,温度越大,边际产量越低;在交互作用中,温度、光照的交互作用最大,其次是温度和底物浓度;采用Matlab软件编程计算得出产氢量最高时各因素最优组合为温度33℃,光照强度3500lx,接种量25%,底物浓度55g/L。     

光合细菌混合菌群HAU-M1产氢动力学实验研究

研究光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物,光合产氢过程中的生长和产氢动力学特性,分析混合菌群利用葡萄糖产氢过程中的基质降解规律及代谢产物的生成规律。研究结果表明:光合细菌混合菌群以葡萄糖为底物产氢时,150 mmol/L的葡萄糖添加量是最佳添加浓度,产氢过程存在代谢产酸的过程,产氢高峰期葡萄糖主要代谢产物为乙酸,此时产气速率大;产氢末期葡萄糖主要代谢产物为丁酸,此时产气速率较低。建立基于Monod方程的光合细菌混合菌群产氢过程中的生长动力学模型,模型可较好地描述混合菌群产氢过程中生长延滞期和对数增长期菌体的生长变化规律,最大比生长速率μmax为0.214 h~(-1),饱和常数KS为8.257。建立光合细菌混合菌群产氢过程中的底物消耗动力学模型,模型可较好地描述混合菌群产氢过程中产氢延滞期和产氢高峰期的葡萄糖降解规律,细胞得率系数YX/S为0.352 g/mol,维持系数m为0.85。     

光合细菌小分子酸醇产氢试验研究

以光合产氢混合菌群为研究对象,研究了光合细菌在乙酸、乙醇、乳酸、丁酸几种小分子脂肪酸条件下菌体的生长和产氢特性,详细考察了乙酸和丁酸对光合产氢细菌生长和产氢的影响.研究发现,乙酸、丁酸既是光合细菌良好的生长碳源,也是高效氢供体,光合细菌在乙酸和丁酸条件下产氢率分别达到2.05和2.81molH2/mol.光合细菌以乙酸和丁酸产氢时,乙酸和丁酸的最佳添加浓度均为40mmol/L;光合细菌在乳酸条件下有较高的生长活性,但乳酸并不是光合细菌高效氢供体,光合细菌在乳酸条件下产氢活性较低;乙醇既不是光合细菌良好生长碳源,也不是高效氢供体,乙醇对光合细菌的生长和产氢均有较强的抑制作用.     

光合产氢混合菌群的碳源代谢实验研究

以红螺菌科光合产氢混合菌群为研究对象,通过血清瓶培养实验,研究不同碳源对光合细菌生长和产氢过程的影响。结果表明:光合细菌能有效利用乙酸和丁酸快速增殖和产氢,其中以乙酸最佳,促使光合产氢混合菌群增殖的最佳乙酸浓度为80mmol/L,最佳产氢浓度为40mmol/L。光合产氢混合菌群利用乳酸增殖产氢的能力较低,而乙醇则对其表现为抑制效应。