海洋发酵菌和光合细菌耦联制氢研究

论文摘要

近年来,生物制氢技术与废物综合治理技术相结合,在处理废物的同时获得清洁的能源。目前生物制氢技术发展的瓶颈问题是高效产氢菌种的获得。因此,本研究采用不同预处理方法对海洋污泥的产氢能力的影响进行了分析,同时分离获得多株海洋产酸产氢细菌和海洋光合产氢细菌。采用不同预处理方法（包括酸处理、碱处理、热处理和硝酸盐处理）获得海洋产酸产氢混合菌种,且其对产氢能力的影响进行分析。结果表明在所有预处理方法中,热处理的最大产氢量最高;于是,我们研究了不同起始pH值（pH 4-10.0）和不同底物浓度对热处理产氢菌群的产氢能力的影响。结果表明热处理产氢菌群的最适起始pH值为8.0,该值与天然海水的pH值相近。这意味着该产酸产氢菌群可作为海洋有机废物处理的候选菌群。通过富集获得两类海洋光合产氢菌群,它们分别可以利用发酵产氢的关键副产物—乙酸或丁酸作为产氢碳源。研究表明温度、光照强度、起始pH和乙酸或丁酸浓度皆对两类光合产氢菌群的生长和产氢能力皆有明显影响。此外,产酸产氢菌群和光合细菌菌群耦联放氢进行了初步研究,结果表明藕联放氢可以获得较高的产氢量和底物利用率。建立了一种厌氧产氢细菌的快速筛选方法。采用该方法从已获得的暗发酵和光合高效产氢菌群中分别分离高效产氢菌株。结果分离纯化获得暗发酵产氢细菌61株和光合产氢细菌34株。其中12株暗发酵产氢细菌和7株光合产氢细菌产氢量相对较高。利用海水养殖有机废水进行微生物制氢技术将微生物制氢和环境治理相结合,是集污水治理和废物利用为一体的综合技术,具有广阔的应用前景,本研究为海水养殖有机废水进行微生物制氢技术发展奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 制氢方法
• 1.1.1 非生物制氢
• 1.1.2 生物制氢
• 1.2 产氢生物
• 1.2.1 发酵放氢微生物
• 1.2.2 光合微生物
• 1.2.3 制氢微生物优缺点比较
• 1.3 产氢机制
• 1.3.1 发酵微生物产氢机制
• 1.3.2 藻类放氢机制
• 1.3.3 光合细菌放氢机制
• 1.4 生物放氢相关酶
• 1.4.1 固氮酶
• 1.4.2 氢酶
• 1.5 提高产氢量
• 1.5.1 改良生物制氢工艺
• 1.5.2 通过现代生物技术提高生物制氢产量
• 1.6 生物制氢反应器
• 1.6.1 暗生物制氢反应器
• 1.6.2 光生物制氢反应器
• 1.6.3 生物制氢反应器固定化培养和悬浮培养
• 1.6.4 对于生物制氢反应器设计的几点建议
• 1.7 目前我国生物制氢专利的申请情况
• 1.8 生物制氢技术的展望
• 1.8.1 产氢反应器的设计
• 1.8.2 遗传学改造
• 1.8.3 增强光能利用效率和扩大光谱利用范围
• 1.8.4 扩大底物利用范围
• 1.8.5 利用海洋资源生产氢气
• 第2章 海洋暗发酵产氢产酸菌群的产氢研究
• 2.1 海洋产氢菌群的富集和发酵产氢过程分析
• 2.1.1 前言
• 2.1.2 材料和方法
• 2.1.3 结果
• 2.1.4 讨论
• 2.2 底物浓度对热处理产氢菌群产氢的影响
• 2.2.1 前言
• 2.2.2 材料和方法
• 2.2.3 实验结果
• 2.2.4 结论
• 第3章 海洋光合细菌菌群产氢的实验研究
• 3.1 海洋光合菌群利用乙酸产氢的实验研究
• 3.1.1 前言
• 3.1.2 材料和方法
• 3.1.3 结果和讨论
• 3.1.4 结论
• 3.2 海洋光合菌群利用丁酸产氢的实验研究
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 材料和方法
• 3.2.3 结果和讨论
• 3.2.4 结论
• 第4章 海洋细菌光-暗耦联产氢
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 产氢培养
• 4.2.2 分析方法
• 4.2.3 结果
• 4.2.4 讨论
• 第5章 产氢细菌的分离培养
• 5.1 暗发酵产氢细菌的分离培养
• 5.1.1 前言
• 5.1.2 材料与方法
• 5.1.3 结果
• 5.1.4 讨论
• 5.2 海洋光合产氢细菌的分离
• 5.2.1 前言
• 5.2.2 材料和方法
• 5.2.3 结果
• 5.2.4 讨论
• 第6章 小结
• 6.1 主要研究结果或结论
• 6.2 研究的不足
• 6.3 下一步需要做的工作
• 参考文献
• 博士期间发表文章目录
• 致谢