光發(fā)酵厭氧流化床制氫反應(yīng)器載體優(yōu)化與運(yùn)行特性研究.pdf

1、針對(duì)連續(xù)流光發(fā)酵制氫過(guò)程中底物利用效率、生物持有量和光能轉(zhuǎn)化率低的技術(shù)難點(diǎn)，本文首次采用活性炭纖維(activated carbon fiber, ACF)固定化光發(fā)酵細(xì)菌，并應(yīng)用于產(chǎn)氫研究。闡明了 ACF的處理方法、濃度﹑長(zhǎng)度、比表面積等同光發(fā)酵產(chǎn)氫之間的內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系，確定了最佳產(chǎn)氫條件。并探索將改性 ACF作為載體應(yīng)用于光發(fā)酵厭氧流化床制氫反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)流試驗(yàn)研究，建立有效的光發(fā)酵產(chǎn)氫調(diào)控策略，以期為生物制氫的規(guī)?；a(chǎn)提供理論和

2、技術(shù)指導(dǎo)。
　　活性炭纖維有著良好的生物相容性和固定化產(chǎn)氫性能，比產(chǎn)氫率隨著活性炭纖維比表面積的增加而增加，過(guò)大的長(zhǎng)度和濃度都會(huì)對(duì)產(chǎn)氫有抑制作用。其產(chǎn)氫最佳參數(shù)為：比表面積1500 m2/g，長(zhǎng)度1 mm，濃度0.8 g/L。間歇試驗(yàn)最大比產(chǎn)氫率為3.05 molH2/mol乙酸，比傳統(tǒng)載體(陶粒和活性炭)高12.4~47.3％，結(jié)果證實(shí)了活性炭纖維是一種有效的光發(fā)酵細(xì)菌固定化載體。
　　HNO3改性活性炭纖維的固定化產(chǎn)氫性

3、能要明顯優(yōu)于 KOH或 H2O2改性活性炭纖維，HNO3改性的最佳處理濃度濃度為6 mol/L，處理時(shí)間為1 h，間歇試驗(yàn)最大產(chǎn)氫速率達(dá)35.94 ml/L/h，最大比產(chǎn)氫率高達(dá)3.30 molH2/mol乙酸，比產(chǎn)氫率同對(duì)照試驗(yàn)相比提高了約36%。
　　活性炭纖維表面含氧官能團(tuán)含量對(duì)產(chǎn)氫有重要影響。HNO3改性可顯著的改變活性炭纖維表面 C、N、O三種元素比例，使含氧官能團(tuán)含量明顯上升。研究表明，改性后活性炭纖維表面主要有 C-

4、OH、C=O和 C-OOH三種官能團(tuán)，其中C=O含量對(duì)細(xì)菌固定化起著決定性作用。
　　在光發(fā)酵厭氧流化床制氫反應(yīng)器的連續(xù)流運(yùn)行中，HRT、初始 pH、碳源、氮源和光照強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)氫影響顯著，過(guò)高的 HRT、碳源、氮源和光照強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)氫均有抑制作用。其中，初始 pH對(duì)反應(yīng)器產(chǎn)氫的影響最為顯著，在初始 pH=6.0時(shí)產(chǎn)氫延遲期延長(zhǎng)至3天，且比產(chǎn)氫率和產(chǎn)氫速率大幅降低。光發(fā)酵厭氧流化床制氫反應(yīng)器的最佳運(yùn)行條件為：HRT48 h，碳源濃度50