不同發(fā)酵制氫工藝控制條件優(yōu)化及產(chǎn)氫效能.pdf

1、面對(duì)礦質(zhì)能源過(guò)度開(kāi)采利用和木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源嚴(yán)重浪費(fèi)所引發(fā)的能源危機(jī)和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫研究逐漸成為生物和能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。然而，傳統(tǒng)的木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫技術(shù)有著工藝流程復(fù)雜、發(fā)酵周期長(zhǎng)和水解過(guò)程產(chǎn)生抑制物較多等缺點(diǎn)。菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18能直接利用包含在木質(zhì)纖維素里的半纖維素和纖維素，而不需要任何的水解過(guò)程，可極大地簡(jiǎn)化工藝

2、流程，節(jié)省水解糖化過(guò)程的成本，同時(shí)也避免了水解抑制物的產(chǎn)生。因此，本課題以T.thermosaccharolyticum M18為高效菌株，對(duì)兩種不同的纖維素發(fā)酵制氫工藝進(jìn)行研究。
　　首先，通過(guò)對(duì)菌株M18利用纖維素發(fā)酵產(chǎn)氫條件的優(yōu)化，確定分批發(fā)酵工藝的最佳操作參數(shù)，提高底物轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)氫效能；然后，在厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）中，對(duì)菌株M18直接降解纖維素產(chǎn)氫（CBP）的半連續(xù)流發(fā)酵工藝進(jìn)行初步地探索和研究，得到反應(yīng)器運(yùn)行的

3、最優(yōu)控制條件。最后，通過(guò)對(duì)比兩種發(fā)酵的工藝的產(chǎn)氫效能，提出木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫的最佳工藝策略。
　　根據(jù)分批發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，菌株T.thermosaccharolyticumM18降解纖維素產(chǎn)氫的最佳接種量為8.0％、初始pH為7.5，M g2+濃度0.4g/L。在碳源和氮源的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，采用修正的Gompertz方程對(duì)M18在不同纖維素底物和酵母浸粉濃度時(shí)的產(chǎn)氫動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，當(dāng)碳源和氮源濃度過(guò)低時(shí)，M1

4、8產(chǎn)氫延滯期較長(zhǎng)，發(fā)酵延續(xù)時(shí)間短，產(chǎn)氫量低；但是濃度過(guò)高，生長(zhǎng)代謝過(guò)快，產(chǎn)生大量末端副產(chǎn)物，對(duì)產(chǎn)氫過(guò)程造成抑制。由響應(yīng)曲面法分析結(jié)果可知，最佳的微晶纖維素和酵母浸粉濃度分別為6.2g/L和2.8g/L。經(jīng)優(yōu)化后，菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的能力得到了提高。經(jīng)72h的發(fā)酵，累積產(chǎn)氫量達(dá)到42.21mmo l/L，平均產(chǎn)氫速率為0.589mmol·L-1·h-1（14.40mL·L-1·h-1），比未優(yōu)化前分別提高了16.47%和17.1%。

5、
　　在ASBR-半連續(xù)流發(fā)酵工藝中，反應(yīng)器運(yùn)行的最佳參數(shù)為：攪拌速率120rpm/min、進(jìn)料量1000mL（投料比2/3）、HRT為54h（進(jìn)料15min，反應(yīng)35h，沉淀30min，排料15min）、進(jìn)料pH8.5。在最優(yōu)條件下，每一周期(36h)平均氫氣產(chǎn)量為755.56mL H2/L，纖維素底物的利用率為74.72%。其相應(yīng)的平均氫氣產(chǎn)生速率為20.99mL·L-1·h-1，要比分批發(fā)酵工藝高出45.74%，說(shuō)明ASBR