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光合微生物制氢菌种连续培养系统及其装置研究

作　者: 杨晋晖
导　师: 张全国
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 光合细菌 生产菌种 培养箱 连续培养 连续制氢
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本论文是在国家自然科学基金项目“超微秸秆类生物质光合连续产氢过程及代谢热研究”(项目编号:50976029)和国家863计划项目“中小型太阳能光合生物制氢系统及其生产性运行研究”(项目编号:2006AA05Z119)的资助下完成的。21世纪,全世界均面临着经济增长和环境保护的双重压力,因而改变能源的生产和消费方式,对于建立可持续发展的能源结构,促进经济发展和生态环境改善,都具有重大意义。因此,如何合理利用和开发可再生能源已经成为世界各国都必须面临和解决的重大问题。传统的制氢方法因为需消耗大量的不可再生能源,因而不适应社会可持续发展的需求。生物质制氢技术作为一种符合可持续发展战略的技术,已经在世界上引起了广泛的重视。美、德、日等国已经就该项技术进行深入地研究和开发。这些国家还专门成立了的研究机构,同时制定了详细的生物质制氢发展规划。本文研制出一套适合光合微生物制氢反应器的连续培养装置,并进行了生物制氢系统和工艺方法的探索,对于光合微生物制氢工业化进程的推进,具有一定的实际意义。本文的主要研究内容如下:(1)为了配合光合微生物制氢反应器产氢,菌种连续培养系统的设计所需注意的内容。(2)研制了一套适合光合微生物制氢反应器的连续培养装置,采用了玻璃材质的长方体箱体,其长、宽、高分别为100cm、30cm、70cm,箱体分别在反应器底部和侧面的箱壁上开口,直径为10cm,加装管道与阀门。灯带环绕箱体周围,辅助太阳光源。(3)光合微生物制氢反应器菌种连续培养系统的特点:辅助光源为LED冷光源;结构与材质较为合理;可以拆装便于拆洗;料液的连续供给。(4)光合细菌连续产氢工艺运行试验。结果发现培养装置生产菌种的稳定性较好;10天4个隔室的总产氢量为15.42m3;光合细菌进入产氢阶段后,反应液的PH值逐步降低;所产气体绝大部分为氢气。

全文目录


致谢  4-5摘要  5-81. 绪论  8-20  1.1 研究背景  8-9  1.2 氢能的特点与发展现状  9-11  1.3 传统的制氢工艺  11-12    1.3.1 水电解法  11    1.3.2 烃类水蒸气转化法  11-12    1.3.3 重油部分氧化法  12    1.3.4 甲醇制氢法  12  1.4 生物制氢技术  12-14    1.4.1 真核藻类和蓝细菌的水光解产氢  13    1.4.2 光合细菌的光发酵产氢  13-14    1.4.3 厌氧细菌的暗发酵产氢  14  1.5 光合生物制氢反应器  14-19    1.5.1 开放式光生物反应器  14-15    1.5.2 密封式光生物反应器  15-19      1.5.2.1 管道式光合细菌制氢反应器  15-16      1.5.2.2 板式光合细菌制氢反应器  16      1.5.2.3 箱式光合制氢反应器  16-17      1.5.2.4 柱状光合细菌制氢反应器  17-18      1.5.2.5 瓶状反应器  18-19  1.6 本课题的提出及其研究内容  19-20    1.6.1 课题研究的意义  19    1.6.2 主要研究内容  19-202. 微生物的生长与培养方式  20-23  2.1 分批培养  20-21  2.2 补料分批培养  21  2.3 连续培养  21-233. 光合微生物制氢反应器菌种连续培养系统  23-29  3.1 系统的设计思路  23  3.2 连续培养系统的设计  23-29    3.2.1 培养箱的结构  24-25    3.2.2 供光方式  25-27      3.2.2.1 太阳光源  25      3.2.2.2 LED 光源  25-27    3.2.3 培养基输送  27    3.2.4 系统的温度控制  27    3.2.5 系统的启动  27    3.2.6 大型光合生物制氢反应器菌种连续培养系统的特点  27-294 光合细菌连续产氢工艺运行试验  29-43  4.1 材料与方法  29-30    4.1.1 菌种  29    4.1.2 培养基  29-30    4.1.3 产氢培养基  30    4.1.4 产氢基质  30  4.2 工艺流程  30  4.3 试验装置  30-36    4.3.1 培养箱单元  31-32    4.3.2 上料箱单元  32    4.3.3 反应器单元  32    4.3.4 太阳能光伏转换及 LED 辅助照明单元  32-33    4.3.5 换热单元  33-34    4.3.6 太阳能聚光器单元  34    4.3.7 自动控制单元  34-35    4.3.8 氢气计量以及氢气储存单元  35-36  4.4 测定方法  36-37    4.4.1 pH 值测定  36    4.4.2 光照度测定  36    4.4.3 细胞生长的测定  36    4.4.4 氢气含量的测定  36-37  4.5 光合细菌连续制氢系统的启动  37  4.6 结果与讨论  37-43    4.6.1 光合微生物制氢反应器连续产氢过程中生产菌种的稳定性  37-39    4.6.2 光合微生物制氢反应器连续制氢装置的工艺运行  39-40    4.6.3 连续产氢过程中反应液pH 值的变化  40-41    4.6.4 气体成分分析  41-435 全文结论及建议  43-44  5.1 结论  43  5.2 建议  43-44参考文献  44-49 Abstract  49-50

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本无机化学工业 > 工业气体 > 氢气
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