菌株X9利用玉米秸秆的产氢能力及影响因素研究

【摘要】： 氢气作为清洁的高品位二次能源,越来越受到全世界的关注。在多种制氢方法中,利用微生物厌氧发酵生物质(有机废水、秸秆类农林业废弃物、有机垃圾等)制氢,具备治污、环保和产能等多重优越性,开发前景广阔,已成为各国关注的研究课题。其中,利用秸秆类木质纤维素等廉价生物质发酵产氢的研究格外引人注目,但相关研究甚少,仍停留在实验室探索阶段,且存在基质利用率低、产氢微生物获得和培养困难等问题。 选择酸、碱、氨水和酸化汽爆4种不同预处理方法对玉米秸秆进行预处理,以处理后的玉米秸秆为底物,探讨了不同预处理方法对菌株X9进行发酵产氢的影响。结果表明,采用硫酸和酸化汽爆预处理的玉米秸秆较适合菌株X9发酵产氢,其中采用0.5% H2SO4浸泡和酸化汽爆预处理的效果较好,产氢量分别为18.14ml H2/g秸秆和20.58ml H2/g秸秆;底物秸秆的利用率分别为9.37%和9.88%。对于菌株X9发酵秸秆产氢来说,无论采用强碱还是氨水对秸秆进行预处理,就产氢量来说都不能达到很好的效果。 菌株X9在利用酸化汽爆预处理洗脱液和酸化汽爆预处理的玉米秸秆为基质进行发酵产氢时,总产气量和总产氢量分别比对照组多出98ml (83.8%)和59.6ml (74.8%)。但是菌株X9对底物秸秆的利用率并没有提高,说明洗脱液中可能含有其他的物质被菌株X9利用来产生氢气。 金属离子镁、铁对菌株X9利用玉米秸秆产氢的影响试验结果表明,100mg/L的镁离子浓度,更有利于菌株X9利用秸秆产氢,氢气产量为54.8ml;明显高于镁离子浓度为10mg/L时的氢气产量。菌株X9利用秸秆产氢的能力受镁离子浓度的影响较大。铁离子对菌株X9的影响没有镁离子的影响大,菌株X9只需少量的铁离子就可以满足自身生长和产氢的需要,铁离子浓度的增加并没有明显地促进菌株X9产氢能力的提高以及对秸秆的利用。 选取菌株X9与高效产氢菌B49进行菌种复配产氢试验。试验结果发现,复配体系的氢气产量比纯培养菌株X9的氢气产量低,没有达到预期的目的。通过对液相末端产物的分析来看,两种培养方式下的挥发酸总量相当,复配体系中的丁酸浓度低于纯培养体系中丁酸的浓度,说明菌株X9在此体系中的发酵产氢活性受到了一定的影响;而且复配体系中由菌株B49发酵产生的乙醇的量很少,也能反映出B49同样受到菌株X9的抑制作用。复配体系中,菌株X9与菌株B49都没有达到最佳的生长和产氢状态。 【关键词】：纤维素类生物质 产氢菌 玉米秸秆 预处理 金属离子 菌种复配
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题背景11
• 1.2 生物制氢的研究进展11-15
• 1.2.1 生物制氢的发展历程11-12
• 1.2.2 生物制氢技术12-15
• 1.3 秸秆类生物质资源及应用15-17
• 1.4 利用秸秆类生物质发酵产氢17-21
• 1.4.1 发酵产氢细菌17-19
• 1.4.2 分解秸秆的主要菌种19-20
• 1.4.3 降解秸秆的酶学机理20
• 1.4.4 利用秸秆类纤维素物质产氢20-21
• 1.5 本课题研究目的与意义21
• 1.6 本课题的主要研究内容21-22
• 第2章 玉米秸秆的预处理及其对菌株X9 产氢能力的影响22-39
• 2.1 玉米秸秆预处理方法22-25
• 2.1.1 物理法22-24
• 2.1.2 化学法24-25
• 2.1.3 生物法25
• 2.1.4 综合法25
• 2.2 玉米秸秆预处理方法的选择25-26
• 2.2.1 试验用玉米秸秆的来源25-26
• 2.2.2 玉米秸秆预处理方案设计26
• 2.3 材料和仪器26-28
• 2.3.1 菌种来源26
• 2.3.2 试验装置26-27
• 2.3.3 主要的仪器和设备27
• 2.3.4 培养基27-28
• 2.4 试验方法28-30
• 2.4.1 发酵产物的分析方法28
• 2.4.2 还原糖的测定方法28-30
• 2.4.3 秸秆降解率的测定30
• 2.5 不同预处理方法玉米秸秆的产氢能力30-35
• 2.5.1 采用不同浓度的氨水预处理秸秆的产氢能力30
• 2.5.2 采用不同浓度的氢氧化钠预处理秸秆的产氢能力30
• 2.5.3 采用不同浓度的硫酸预处理秸秆的产氢能力30-32
• 2.5.4 不同预处理方法的产氢能力比较和液相末端产物分析32-35
• 2.6 菌株X9 利用玉米秸秆及洗脱液发酵产氢能力35-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第3章 镁离子和铁离子对菌株X9 利用玉米秸秆产氢的影响39-46
• 3.1 金属离子的作用39-40
• 3.2 试验方案40
• 3.2.1 金属离子浓度的选取40
• 3.2.2 试验装置和方法40
• 3.3 镁离子浓度对菌株X9 利用玉米秸秆产氢的影响40-43
• 3.4 铁离子浓度对菌株X9 利用玉米秸秆产氢的影响43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 菌株X9 与高效产氢菌复配利用玉米秸秆的产氢能力46-53
• 4.1 混合菌种发酵产氢46-48
• 4.1.1 混合菌种发酵简单基质产氢46-47
• 4.1.2 混合菌种发酵复杂基质产氢47-48
• 4.2 试验方案48-49
• 4.2.1 菌种来源48
• 4.2.2 菌种复配方案48
• 4.2.3 试验装置和方法48-49
• 4.3 不同培养条件下的产氢能力分析49-50
• 4.4 发酵过程中pH 值、还原糖及液相末端产物分析50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 结论和建议53-55
• 参考文献55-61
• 致谢61

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