外加電場(chǎng)輔助質(zhì)子傳遞供類球紅細(xì)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(xì)菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)能將光能利用和有機(jī)物的去除有機(jī)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(diǎn)，但目前利用光合細(xì)菌制氫技術(shù)研究仍處于實(shí)驗(yàn)階段，氫的生產(chǎn)率仍然較低，嚴(yán)重制約著光合產(chǎn)氫技術(shù)發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)光合菌細(xì)菌制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，還需進(jìn)一步深入研究開發(fā)新技術(shù)。為了提高光合細(xì)菌的生產(chǎn)率，考慮由外界系統(tǒng)向光合細(xì)菌產(chǎn)氫系統(tǒng)提供產(chǎn)氫原

2、料質(zhì)子來提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的產(chǎn)氫量。本文運(yùn)用雙極室反應(yīng)器陽極室微生物氧化分解有機(jī)物釋放質(zhì)子，質(zhì)子在外加電場(chǎng)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(xì)菌利用這些質(zhì)子進(jìn)行光合產(chǎn)氫，從而提高其產(chǎn)氫量。
　　 本文以類球紅細(xì)菌(Rhodobacter sphaeroides)為研究對(duì)象。首先研究了R.sphaeroides生長(zhǎng)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(duì)R.sphaeroides進(jìn)行外加電場(chǎng)的馴化，使其

3、適應(yīng)微電場(chǎng)環(huán)境，并運(yùn)用Biolog GN微孔板分析了外加電場(chǎng)對(duì)R.sphaeroides的碳源代謝的影響；再研究用外加電場(chǎng)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(qiáng)度30001x，溫度30～35℃，以厭氧光照的條件下生長(zhǎng)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(qiáng)強(qiáng)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(duì)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(dá)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(dá)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(shí)，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(shì)0.3V時(shí)，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(chǎng)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(xì)菌的平均顏色變化率(AWCD)都有明顯提高，說明外加電場(chǎng)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(jī)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(shí)，質(zhì)子還能調(diào)節(jié)產(chǎn)氫的pH環(huán)境；另外，外加電場(chǎng)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