外加電場輔助質(zhì)子傳遞供類球紅細菌光合產(chǎn)氫研究.pdf

1、氫能由于其可再生、清潔、高效而成為最具發(fā)展前景的替代能源。光合細菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)能將光能利用和有機物的去除有機地結(jié)合在一起制取氫氣，具有產(chǎn)氫速率快、產(chǎn)氫純度高等特點，但目前利用光合細菌制氫技術(shù)研究仍處于實驗階段，氫的生產(chǎn)率仍然較低，嚴重制約著光合產(chǎn)氫技術(shù)發(fā)展。為了實現(xiàn)光合菌細菌制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，還需進一步深入研究開發(fā)新技術(shù)。為了提高光合細菌的生產(chǎn)率，考慮由外界系統(tǒng)向光合細菌產(chǎn)氫系統(tǒng)提供產(chǎn)氫原

2、料質(zhì)子來提高光合細菌產(chǎn)氫的產(chǎn)氫量。本文運用雙極室反應(yīng)器陽極室微生物氧化分解有機物釋放質(zhì)子，質(zhì)子在外加電場的作用下通過質(zhì)子交換膜傳遞到陰極室，陰極室中的光合細菌利用這些質(zhì)子進行光合產(chǎn)氫，從而提高其產(chǎn)氫量。
　　 本文以類球紅細菌(Rhodobacter sphaeroides)為研究對象。首先研究了R.sphaeroides生長和光合產(chǎn)氫的優(yōu)化條件以及利用混合底物產(chǎn)氫的性能；然后對R.sphaeroides進行外加電場的馴化，使其

3、適應(yīng)微電場環(huán)境，并運用Biolog GN微孔板分析了外加電場對R.sphaeroides的碳源代謝的影響；再研究用外加電場輔助質(zhì)子傳遞供R.sphaeroides光合產(chǎn)氫，以及R.sphaeroides與其它降解菌在產(chǎn)氫關(guān)系上的生態(tài)關(guān)系。研究結(jié)果表明：
　　 (1)R.sphaeroides在pH7.0～8.0，光照強度30001x，溫度30～35℃，以厭氧光照的條件下生長最好。
　　 (2)R.sphaeroides光

4、合產(chǎn)氫的最佳條件為：48h種子液，pH7.0～7.5，光強強度3000～70001x，溫度30℃～35℃。
　　 (3)R.sphaeroides能夠利用多種不同碳源光合產(chǎn)氫，但其產(chǎn)氫活性對底物具有選擇性，其中葡萄糖具有最大的氫產(chǎn)量和平均產(chǎn)氫速率，達2.625L/L和16.6mL/L/h，琥珀酸鈉具有最大的底物轉(zhuǎn)化效率達54.8％；用琥珀酸鈉與葡萄糖按15：15(mmol/L)為混合底物產(chǎn)氫時，氫產(chǎn)量，平均產(chǎn)氫速率和底物轉(zhuǎn)化率分

5、別提高了35.3％，35.5％和35.3％。
　　 (4)雙極室反應(yīng)器輔助R.sphaeroides光合產(chǎn)氫，陽極室中加入陽極馴化的R.sphaeroides為降解菌，30001x厭氧光照培養(yǎng)，丁二酸鈉為供給碳源，外加電勢0.3V時，陰極室中R.sphaeroides的產(chǎn)氫結(jié)果最好，同純培養(yǎng)相比，產(chǎn)氫量提高了85.7％。證明R.sphaeroides能夠利用外加系統(tǒng)提供的質(zhì)子催化生成氫氣。
　　 (5)用Biolog G

6、N微孔板分析外加電場馴化后R.sphaeroides的碳源代謝發(fā)現(xiàn)，陽極馴化的R.sphaeroides豐富度指數(shù)(S)增加了9，陰極馴化的R.sphaeroides豐富度指數(shù)(S)略有下降，但是兩株細菌的平均顏色變化率(AWCD)都有明顯提高，說明外加電場能夠提高R.sphaeroides的代謝活性。
　　 (6)雙極室反應(yīng)器輔助R.sphaeroides產(chǎn)氫能夠提高其產(chǎn)氫量，其機理可總結(jié)為：陽極室為R.sphaeroides

7、產(chǎn)氫系統(tǒng)提供外來產(chǎn)氫原料質(zhì)子，同時，質(zhì)子還能調(diào)節(jié)產(chǎn)氫的pH環(huán)境；另外，外加電場能夠提高R.sphaeroides的代謝活性。
　　 (7)雙極室反應(yīng)器陽極室分別加入R.sphaeroides、沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、大腸桿菌DH5a(Escherichia coli DH5a)、大腸桿菌BL21(Escherichia coli BL21)以及固定化的鹽生鹽桿菌(Halobacte