丁酸梭菌的培養(yǎng)基優(yōu)化及發(fā)酵甘蔗渣和小桐子果殼產(chǎn)氫氣的研究.pdf

1、氫氣作為一種清潔和可再生的能源，正日益受到人們的關注。與其它方法相比，生物制氫技術具有無污染、成本低和可再生等優(yōu)點。暗發(fā)酵制氫不需要光照和氧氣，可利用的原料來源廣，可連續(xù)產(chǎn)氫，系統(tǒng)易于實現(xiàn)規(guī)?；瘮U大。然而，暗發(fā)酵制氫的效率低，原料成本高，限制了技術的后續(xù)發(fā)展和推廣?；诖吮尘埃菊撐拈_展了以下四個方面的研究:
　　(1)用響應面法優(yōu)化丁酸梭菌以葡萄糖為底物的條件下發(fā)酵產(chǎn)氫的培養(yǎng)基
　　最適合于菌種生長的培養(yǎng)基組成并不一定最適

2、合于發(fā)酵制氫。為了提高氫氣的產(chǎn)率和產(chǎn)量，應用單因素試驗、Plackett-Burman設計、最陡爬坡實驗和中心組合設計等多種試驗評估和數(shù)學統(tǒng)計方法，研究幾個關鍵變量對丁酸梭菌利用葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。結果表明，丁酸梭菌發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳培養(yǎng)基組成是:葡萄糖15.66 g/L，酵母提取物6.04g/L，胰蛋白胨4g/L，K2HPO43 g/L，KH2PO43 g/L，L-半胱氨酸鹽0.05 g/L，MgSO4·7H2O0.05 g/L和FeS

3、O4·7H2O0.3 g/L。葡萄糖和酵母粉的濃度對氫的產(chǎn)率具有顯著影響。在最優(yōu)條件下，氫氣的產(chǎn)率高達2.15mol H2/mol葡萄糖。
　　(2)兩步稀酸水解甘蔗渣和小桐子果殼并用于制備氫氣
　　利用云南本地特色的兩種熱帶亞熱帶植物的廢棄物甘蔗渣和小桐子果殼，經(jīng)兩步酸水解后，作為丁酸梭菌發(fā)酵的原料制備氫氣。結果表明:第一步水解的條件為1.5％的稀H2SO4，LSR為1 g∶10mL，130℃水解60min;第二步水解的條

4、件為3％的稀H2SO4，LSR為1 g∶10 mL，150℃水解60 min，水解率達到最優(yōu)(69.3％)。以甘蔗渣和小桐子果殼水解液(還原糖初始濃度為15.66g/L)作為碳源產(chǎn)氫，氫氣產(chǎn)率達到2.06 mol H2/mol總還原糖（甘蔗渣）和1.95 mol H2/mol總還原糖（果殼）。兩步法水解有效地避免了苛刻反應條件下的半纖維素損失和溫和條件下纖維素水解的不完全，充分有效地利用纖維素和半纖維素以獲得較高得率的還原糖。
　

5、　(3)路易斯酸輔助稀H2SO4水解小桐子果殼并用于制備氫氣
　　使用熱水和中性、酸性、堿性洗滌劑預處理小桐子果殼，除去木質(zhì)纖維素以外的可萃取雜質(zhì)，降低其對果殼水解發(fā)酵的影響。中性洗滌劑對可萃取雜質(zhì)的脫除程度最高，給木質(zhì)纖維素帶來的損失較小。中性洗滌劑不僅提高了纖維素和半纖維素的含量，還破壞了木質(zhì)纖維素的無定形結構，提高了纖維素結晶度。然后研究了稀H2SO4在多種路易斯酸輔助下水解小桐子果殼，以降低單一H2SO4催化條件下的反應苛

6、刻程度，提高水解反應的效率和選擇性。結果表明，F(xiàn)eCl3在果殼的水解反應中與H2SO4產(chǎn)生了最好的協(xié)同。FeCl3不僅水解了果殼中大部分的半纖維素，暴露出纖維素結構，而且進一步促進纖維素水解獲得高收率的葡萄糖。對水解反應的條件進行優(yōu)化，在0.11 mol/L FeCl3、1％稀H2SO4、溫度132.5℃、時間58min、LSR為1 g∶12 mL的條件下獲得了最高的還原糖產(chǎn)率56.9％和還原糖濃度12.07±0.12 g/L。水解液通