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暗发酵细菌B49与光合细菌RLD-53联合产氢影响因素研究

作　者: 谢国俊
导　师: 任南琪
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 生物制氢光合细菌暗发酵细菌联合产氢
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 44次
引　用: 2次
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内容摘要

微生物的多样性为生物氢的产生提供了多种途径,联合制氢通过结合具有不同功能的微生物,协调他们之间的关系,实现优势互补,对于提高底物转化效率和产氢速率有重要的意义。其中,光合细菌能利用暗发酵细菌产生的挥发酸,这样既降低了小分子挥发酸对暗发酵细菌抑制,同时大大提高产氢能力,是较为理想的持续产能模式。本文立足于微生物协同产氢的观点,在研究光合细菌RLD-53生长与产氢特性的基础上,使之与暗发酵乙醇型发酵代表菌株B49联合,以期获得更高的产氢能力和底物转化率,进一步探讨影响菌种协同产氢的关键因素,为产业化点奠定基础。RLD-53的产氢现象主要发生在细胞生长的对数期的中后期和稳定期的前期;乙酸、苹果酸、乳酸、丙酸都是RLD-53产氢的良好碳源和氢供体;氮源种类对产氢也有重要的影响,其中牛肉膏对RLD-53产氢有很大促进作用,蛋白胨次之,谷氨酸钠为氮源时生长与产氢过程平缓。RLD-53在光照强度3000 lux~3500 lux,乙酸钠浓度50 mmol/l,谷氨酸钠10 mmol/l,接种量10%,接种菌龄17 h,pH 7.0时产氢能力最高,达到2.55mol H2/mol乙酸。采用琼脂包埋固定化RLD-53技术,通过限制菌体的自由增殖,降低生长消耗,可以提高产氢量21%。混合培养体系适宜在低初始底物浓度条件下产氢,混合培养体系的产氢量和末端pH随着磷酸盐缓冲液浓度的增加迅速的升高,pH更加稳定,混合培养体系产氢的最适pH为7.5,低的末端pH或较高的初始pH,这对于B49和RLD-53的协作是不利的。通过B49和固定化RLD-53混合培养联合产氢,在葡萄糖6/l,磷酸盐50 mmol/l,达到最大产氢能力为3.1 molH2/mol葡萄糖。B49发酵末端液相产物的浓度和组成比例直接影响光合细菌RLD-53的产氢过程。B49发酵液中剩余的葡萄糖被RLD-53降解主要生成乙酸,导致末端pH下降,产氢能力降低。B49发酵液中乙醇和乙酸的比例低于1.0高于1.25时,B49产生的乙醇对RLD-53的生长与产氢有促进作用。发酵液中NH4+在4 mmol/l以上完全抑制了光合细菌的产氢活动。初始底物浓度和发酵体系pH缓冲能力对B49发酵产物的浓度和组成比例有着重要的影响。发酵产物中乙醇和乙酸的累积量随着葡萄糖浓度的增加而增加,但乙酸占末端液相产物的比例降低。发酵产物中乙酸浓度随着磷酸盐缓冲液浓度的增加而升高,乙醇浓度随着磷酸盐缓冲液浓度的增加而降低,乙酸成为主要的末端产物,这对于后续的光发酵产氢是有利的。采用B49和固定化RLD-53两步法联合产氢,在葡萄糖9/l,磷酸盐30 mmol/l,获得最大产氢能力为6.32 molH2/mol葡萄糖。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-22
  1.1 课题背景  9
  1.2 微藻生物光解水产氢  9-11
    1.2.1 产氢微藻  10
    1.2.2 微藻产氢的途径  10
    1.2.3 微藻产氢的实用化研究  10-11
  1.3 光发酵有机物产氢  11-13
    1.3.1 产氢菌种  11
    1.3.2 光合细菌产氢机理  11-12
    1.3.3 光合细菌产氢的实用化研究  12-13
  1.4 暗发酵生物制氢  13-15
    1.4.1 发酵产氢细菌  13-14
    1.4.2 发酵产氢类型和途径  14
    1.4.3 暗发酵生物制氢的实用化研究  14-15
  1.5 联合生物产氢研究进展  15-20
    1.5.1 联合产氢的菌种  16-17
    1.5.2 联合产氢的模式  17
    1.5.3 联合产氢的底物  17
    1.5.4 联合生物产氢体系的影响因素  17-20
  1.6 本课题的来源及研究的目的意义  20-21
    1.6.1 课题来源  20
    1.6.2 研究目的与意义  20-21
  1.7 本课题的主要研究内容  21-22
第2章试验材料与试验方法  22-27
  2.1 试验材料  22-24
    2.1.1 菌种来源  22
    2.1.2 试验装置  22-23
    2.1.3 培养基配方  23
    2.1.4 主要仪器和设备  23-24
  2.2 试验方法  24-27
    2.2.1 细胞固定化方法  24
    2.2.2 间歇产氢实验方法  24-25
    2.2.3 分析方法  25-27
第3章光合细菌RLD-53 生长与产氢特性研究  27-36
  3.1 RLD-53 的生长曲线  27
  3.2 RLD-53 的产氢特性  27-35
    3.2.1 RLD-53 生长与产氢的关系  28
    3.2.2 接种量对RLD-53 生长与产氢的影响  28-30
    3.2.3 碳源对RLD-53 生长与产氢的影响  30-32
    3.2.4 氮源对RLD-53 生长与产氢的影响  32-33
    3.2.5 初始pH对RLD-53 产氢的影响  33-34
    3.2.6 光合细菌RLD-53 的固定化产氢特性  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 B49 与RLD-53 混合培养联合产氢影响因素研究  36-43
  4.1 混合培养联合产氢影响因素分析  36-37
  4.2 葡萄糖浓度对混合培养产氢的影响  37-38
  4.3 磷酸盐缓冲液浓度对混合培养产氢的影响  38-40
  4.4 初始pH对混合培养产氢的影响  40-42
  4.5 本章小结  42-43
第5章 B49 与RLD-53 两步法联合产氢影响因素研究  43-57
  5.1 B49 与RLD-53 两步法联合产氢过程中影响因素分析  43-44
  5.2 B49 发酵液成分对RLD-53 的生长与产氢的影响  44-50
    5.2.1 葡萄糖对RLD-53 生长与产氢的影响  44-47
    5.2.2 乙醇对RLD-53 生长与产氢的影响  47-48
    5.2.3 NH_4~+对RLD-53 生长与产氢的影响  48-50
  5.3 B49 发酵末端液相产物的影响因素研究  50-54
    5.3.1 葡萄糖浓度对B49 发酵末端液相产物的影响  50-52
    5.3.2 磷酸盐缓冲液浓度对B49 发酵末端液相产物的影响  52-54
  5.4 B49 与RLD-53 两步法联合产氢实验  54-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

暗发酵细菌B49与光合细菌RLD-53联合产氢影响因素研究

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