玉米秸秆破碎度与酶解光合制氢的关系研究

以玉米秸秆为原料,利用微化破碎和酶水解结合的预处理方法,采用自制的光合制氢实验装置,进行不同破碎度对酶解光合制氢过程的影响实验研究,结果表明:当玉米秸秆破碎度为53~61μm时,最大比产氢速率约为26.4mL/(L·h),光能转化率达到25%,底物能量转化率约为5.3%,既具有较高的累计产氢量,又保证了较好的光能转化率和底物能量转化率,产氢综合效果最好。     

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。     

光合细菌生物膜制氢反应器的产氢特性

对光合细菌生物膜制氢反应器的产氢性能进行了实验研究,探讨了光照度、光谱和底物浓度对反应器产氢性能的影响.实验结果表明:光合细菌生物膜反应器内最适底物浓度为0.12mol/L,最佳光照度为5000 lx,过高或过低的底物浓度和光照度均对光合细菌产氢具有抑制作用;而光的波长对光合细菌产氢的最适底物浓度和最佳光照度均无影响.当底物浓度为0.12mol/L,光照度为5000 lx,波长为590 nm时,反应器的产氢率达到最高,为3.54mg/h.     

底物质量浓度对玉米秸秆同步糖化生物制氢的影响

利用HAU-M1光合细菌对玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺进行实验研究,提出了同步糖化生物制氢工艺中玉米秸秆底物质量浓度与pH值、还原糖质量浓度、氢气体积分数和累积产氢量等因素之间的相关关系,探讨了底物质量浓度对玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺的影响规律。实验结果表明:当玉米秸秆底物质量浓度为25g/L时,玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺的累积产氢量达到最高,为186mL;当玉米秸秆底物质量浓度为15g/L时,玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺的氢气体积分数达到最高,为48%;玉米秸秆同步糖化制氢工艺的产氢高峰期为12~48h,48h后逐渐停止产氢,可为进一步优化和完善以生物质为基质的同步糖化生物制氢工艺理论与技术提供科学参考。     

玉米秸秆酶解与厌氧发酵产氢实验研究

以粒度小于0.088 mm秸秆粉的酶解液为底物与热预处理活性污泥(其中TS%为6.77%,VS%为47.90%,COD为36.665 g/L)进行厌氧发酵产氢实验,以累积产氢量和产氢速率为考察指标,研究不同热预处理(100℃水浴)时间、初始p H值、酶解液浓度、发酵温度对厌氧发酵产氢的影响,并利用修正的Gompertz方程对产氢过程进行回归分析,优化出最佳玉米秸秆酶解液厌氧发酵产氢的工艺参数。结果表明:活性污泥利用玉米秸秆酶解液进行厌氧发酵产氢时,当活性污泥热预处理时间为15 min、初始p H值为5.0、玉米秸秆粉酶解液浓度为22.34 mg/m L、发酵温度为40℃时,产氢效果最佳,此时最大累积产氢量达到653.98 m L,最大产氢速率为15.89 m L/h。     

紫花苜蓿酶解光合生物制氢工艺正交优化实验

为了研究紫花苜蓿酶解液作为光合制氢原料时的最佳产氢工艺条件,对产氢影响较为显著的温度、光照强度、初始pH值三种因素设计了三因素三水平L9(33)正交实验,并对实验结果进行直观分析与方差分析,以获取最佳产氢工艺条件。实验结果表明:在所选水平范围内,各因素对能源草产氢的影响主次顺序为温度→光照强度→初始pH值;由方差分析可知,温度和光照强度对能源草光合产氢性能影响为显著;初始pH值为不显著;由各因素水平值的均值可见,能源草光合生物制氢的最佳工艺水平为30℃、pH=7、光照度为3 000 lx。     

光合细菌产氢研究进展与问题

化石能源的日益枯竭及其长期使用造成了严重的环境污染,寻找清洁的可再生能源成为当前亟待解决的世界性重大课题。光合细菌产氢以其较高的底物转化效率、较高的光能利用率以及能够灵活利用多种小分子有机酸等特点而成为大规模生物产氢的研究热点。文章从光合细菌产氢机理(主要针对光合单位、固氮酶和氢酶的联合产氢机理)、影响光合细菌产氢的各种物理因素和如何提高光合细菌的产氢量等方面,系统介绍了当前国内外光合细菌产氢的最新研究结果及进展,并对该领域研究存在的主要问题及发展趋势进行了简要评述。     

暗间歇时长对光合生物制氢的影响

通过改变暗间歇时长,考察HAU-M1光合产氢细菌的生长及pH值和底物浓度的变化情况,研究暗间歇时长与光合细菌产氢量及其工艺参数之间的相关关系。实验结果表明:暗间歇时长为0(持续光照)、6、12、18h时,累计产氢量分别为351、380、275和181mL;反应器内的光合细菌浓度最大值分别为0.547、0.632、0.665和0.449g/L;反应残液的p H值分别为5.58、5.17、4.98和4.71。表明适宜的暗间歇时长可促进光合生物制氢反应过程中光合细菌的生长,同时有利于光合生物产氢过程的进行,可为光合生物制氢工艺技术的进一步优化和产业化发展提供科学参考。     

基于人工鱼群算法的生物制氢工艺优化研究

在部分实验获得的样本数据基础上,引入全局寻优人工鱼群优化算法(AFSA),通过AFSA优化神经网络结构,获得影响制氢的最相关因素,建立了光合细菌产氢特性模型;再用AFSA对已确定的主要工艺条件进行优化,寻到了最大产氢量的最佳工艺条件组合。实验证明优化结果具有实际指导意义,为太阳能光合细菌制氢工艺优化探索了一条新途径。     

折流型光纤束生物膜制氢反应器的产氢特性

针对连续流光合细菌生物膜制氢反应器研究中遇到的难以同时实现细胞固定化和保持反应器高透光性的问题,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,构造了新型折流型光纤束生物膜制氢反应器。在以葡萄糖作为有机底物,模拟太阳光光工况的条件下,对该反应器的连续产氢特性进行实验研究。结果表明该反应器具有较高的产氢速率和光能转化效率。当反应器进口底物浓度为11g/L,流速为100mL/h,光照强度为5.10W/m2时,反应器的产氢速率和光能转化效率分别达到0.6mmol/(L.h)和3.64%。本研究成果可为规模化光生物制氢反应器的结构探索提供参考。     

光合细菌光合作用及固氮酶产氢作用研究进展

光合细菌产氢是一种较为理想的生物制氢方式,光合细菌产氢包括细胞的光合作用、固氮作用、碳代谢、氢代谢等过程.文章介绍了光合细菌产氢过程中光合作用与固氮酶产氢作用的机理,论述了近年来光合细菌光合系统结构、光合基因、固氮酶结构、固氮基因的研究现状,分析了光合细菌光合作用、固氮酶产氢作用研究中存在的主要问题,并就其发展方向进行了展望.     

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。     

基于神经网络和遗传算法的光合细菌制氢发酵技术研究

生物制氢与畜禽粪便污水处理的有机结合,对于开发新能源、治理污染和废物综合利用具有重要意义。该文在利用神经网络对光合细菌制氢发酵特性进行建模的基础上,将全局寻优遗传算法与神经网络模型相结合,实现了制氢发酵特性的优化,得到了可获得最大产氢量的制氢发酵条件组合。此研究为畜禽粪便污水光合细菌制氢技术的工业化生产提供了有意义的参考。     

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。     

序批式培养沼泽红假单胞菌光照产氢的能量分析

实验研究了沼泽红假单胞菌产氢过程中光波长及光照强度对产氢量、光能光生化转化率、底物能量光生化转化率及合成生物量的能量消耗率影响.结果表明:同种波长光作用下光合细菌的光生化转化效率随光照强度增加量呈下降趋势;相同光照强度下590nm光作用的光生化转化率最高,实验得到最高的光能光生化转化率为31.91%;光波长为470nm时,相同光照强度下,光合细菌产氢过程表现最低的效率.因此产氢过程受光照强度及光波长共同影响,不同波长光引起的色素分子能级跃迁形式不同,产生不同的光化学途径,低光照强度下,主要进行葡萄糖发酵,光照强度适宜,则以产氢代谢为主,高光照强度下,则对生理代谢产生抑制作用.同时在590nm,6000lx条件下,其产氢代谢中合成生物量和产生氢能的能量消耗占总能量的利用率仅为7.37%,其余大部分能量被细胞呼吸作用消耗或转变为中间代谢产物能量.     

大叶黄杨废弃物光合生物制氢工艺参数优化研究

以产氢量为主要考察指标,通过响应面Box-Behnken模型优化大叶黄杨废弃物光合生物制氢的工艺参数,对其主要影响因素之间的关系进行研究。结果表明：温度对大叶黄杨废弃物光合生物制氢工艺的影响最大;光照强度与初始pH值、温度等的交互作用均对产氢量的影响比较显著;最佳产氢工艺条件为温度28.78℃、初始pH值7.00、光照强度3 067.0 lx,此时拟合产氢量为71.81 mL/g,实际产氢量为70.15 mL/g;拟合值和实际值的相对误差为2.31%,表明该数值模型具有较好的拟合性。     

光合生物制氢系统菌种连续培养装置的设计及实验研究

根据光合生物制氢系统连续运行的菌种要求以及光合产氢菌种HAU-M1的生长特性,设计一套针对大中型光合生物制氢系统的光合细菌菌种培养装置,研究该装置对菌种的连续培养和菌种稳定供应的影响因素,优化其初始接种量、水力停留时间等工艺参数并进行连续性培养及运行实验。研究表明:在初始接种量15%,水力停留时间48 h,温度30℃,光照强度2080 Lux,p H值6.8的条件下,菌种培养装置出口培养液浓度可稳定在10%~20%,出口流量维持在约28.96 L/h,可满足光合生物制氢系统对菌种稳定供应的实际需要,验证了光合细菌菌种培养装置应用于光合生物制氢系统连续性运行的技术可行性。     

HAU-M1光合产氢细菌的生理特征和产氢特性分析

从有机污泥中富集得到HAU-M1光合产氢细菌菌群,其主要包括深红红螺菌、荚膜红假单胞菌、沼泽红假单胞菌、类球红细菌、荚膜红细菌等5种光合细菌,且质量分数分别为27%、25%、28%、9%、11%,采用Curve Expert软件拟合得到不同生长条件下HAU-M1光合产氢细菌的生长效率方程及以猪粪污水耦合1%葡萄糖为底物产氢的Gompertz方程。结果表明:当温度为30℃,光照强度为2080 lx,p H值为6.8,接种量为45%时,HAU-M1光合产氢细菌的生长效率最高,最大可能产氢量为1388 m L/L,最大可能产氢速率为27.3 m L/(L·h),产氢延迟期为13.2 h。     

超微玉米秸秆的沉降稳定性及产氢能力研究

以红螺菌科光合细菌为实验菌种,以超微玉米秸秆为产氢底物,研究超微玉米秸秆的沉降稳定性及产氢能力,结果表明超微粉碎时间越长,颗粒度越小,超微玉米秸秆的比重和沉降速度越大,且超微粉碎技术可增大光合细菌和玉米秸秆的接触面积,提高光合细菌的产氢能力,但粉碎粒度太小,超微秸秆内部具有较强的凝聚作用,玉米秸秆的稳定性降低,超微玉米秸秆沉积于反应器底部,难以及时被分解利用,最佳粉碎时间60~80 min。     

微藻生物制氢技术

介绍了微藻光合制氢技术的生物原理及固氮酶和可逆产氢酶的产氢机制.讨论了基于微藻的硫缺乏生理调控而发展起来的一步法与两步法光解制氢的方式,其中微藻可逆产氢酶两步法间接光解制氢是最具发展潜力的制氢方式.分析了实现微藻光合制氢的限制因子及要解决的问题,指出高效光合产氢藻株的筛选及高效光反应器的实现是该技术获得成功的关键,使微藻大规模光合产氢成为可能.