光合細(xì)菌固定化包埋顆粒產(chǎn)氫特性實驗研究.pdf

1、有限儲量化石燃料的減少和能源需求的不斷增長以及化石燃料燃燒造成的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，使21世紀(jì)的能源面臨巨大挑戰(zhàn)?？稍偕鍧嵞茉磳⒊蔀槲磥砜沙掷m(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的主體。氫能清潔可再生，燃燒之產(chǎn)生水和巨大能量，生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和、能耗低、能妥善解決能源與環(huán)境的矛盾。固定化細(xì)胞技術(shù)自被發(fā)現(xiàn)以來由于其具有很多優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析、環(huán)境保護等領(lǐng)域。將固定化技術(shù)與生物制氫結(jié)合起來在一定程度上可提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量，使單位反應(yīng)

2、器的產(chǎn)氫率和運行穩(wěn)定性有所提高。本文利用本實驗室培育篩選的一種高效光合產(chǎn)氫菌，針對單個固定化光合細(xì)胞凝膠顆粒，實驗研究了其產(chǎn)氫特性以及對底物葡萄糖的降解特性，初步建立了固定化細(xì)胞凝膠顆粒內(nèi)含生化反應(yīng)的微觀質(zhì)量傳輸模型。主要研究工作如下： 1．探討了制備固定化細(xì)胞凝膠顆粒的影響因素，主要包括載體濃度、混合載體的配比、溫度、延遲時間、交聯(lián)劑濃度等。 2．由于光合細(xì)菌光合產(chǎn)氫對光的特殊要求，本文通過控制交聯(lián)劑硼酸和氯化鈣濃度、

3、載體聚乙烯醇和硼酸的反應(yīng)溫度、混合載體的配比等條件制備出透光率、機械強度、粒徑、穩(wěn)定性等性能都較好的包埋顆粒。實驗測量了各種工藝制備的凝膠顆粒的有效擴散系數(shù)、孔隙率、透光率、穩(wěn)定性、機械強度等性能參數(shù)。并對凝膠顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了觀察，分析培養(yǎng)不同時間的顆粒內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化，最終找出一種最佳的顆粒制備工藝。 3．設(shè)計了生化反應(yīng)器并搭建了固定化光合細(xì)胞產(chǎn)氫及降解特性實驗系統(tǒng)。反應(yīng)器首先能滿足可以在線觀察固定化光合細(xì)胞降解有機物產(chǎn)氫過程中

4、顆粒內(nèi)的反應(yīng)現(xiàn)象，本文對該反應(yīng)過程進行了連續(xù)觀察，主要觀察產(chǎn)物的形態(tài)，有無氣泡存在。觀察結(jié)果表明反應(yīng)生成的氣體從顆粒內(nèi)到主體溶液的傳輸過程主要以分子擴散的形式完成的，顆粒內(nèi)并無氣泡形成。 4．對固定化光合細(xì)菌產(chǎn)氫動力學(xué)，本文著重研究了基質(zhì)濃度、光波長、光照強度、溫度、基質(zhì)溶液pH、基質(zhì)溶液流速等對產(chǎn)氫和降解性能的影響，得到了各因素對產(chǎn)氫和降解性能的影響規(guī)律，當(dāng)采用黃光照射、光強為6000lx、溫度為30℃、pH值等于7、基質(zhì)葡萄