光合细菌Rhodopseudomonas Palustris PB-Z产氢性能的研究

发布时间：2017-10-21 02:12

  本文关键词：光合细菌Rhodopseudomonas Palustris PB-Z产氢性能的研究

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【摘要】：氢能是一种理想的可再生清洁能源,被认为是最具发展潜力的未来能源之一。光合细菌生物制氢技术能够将有机废水的处理和氢气制备有效地结合起来,被认为是一种很有发展前景的可持续制氢方法。然而,要实现工业化生物制氢还需要进一步提高制氢的效率。本文以光合细菌Rhodopseudomonas palustris PB-Z为研究对象,主要研究了环境因素对光合细菌生长和产氢的影响并初步探索了光合细菌产氢过程中的部分代谢过程。实验结果表明:(1)搅拌能促进光合细菌的生长和产氢,不同的搅拌速度对光合细菌生长的促进作用几乎相同,但对产氢的影响很大。在240 rpm搅拌的条件下,产氢培养液中的氢气泡能较快地逸出到气相中,使产氢培养液中的氢分压减小,促使光合细菌产氢反应向正反应方向进行。(2)光波长对光合细菌PB-Z生长的影响较小,其中红光最有利于光合细菌PB-Z的生长,白炽灯和黄光略优于绿光和蓝光。在搅拌和不搅拌的条件下,光波长对光合细菌产氢的影响不同:在不搅拌时,白光黄光绿光蓝光红光;在搅拌条件下,白光黄光≥蓝光≥红光绿光。(3)光合细菌PB-Z最佳的生长温度和产氢温度都是35.0℃。在35.0℃、240 rpm的条件下,其最大产氢速率和产氢总量分别是78.7 ml/L/h和1728.1 ml H2/L。(4)一定浓度的Fe~(2+)或Ca~(2+)会引起光合细菌PB-Z出现絮凝现象。在不搅拌的条件下,Fe~(2+)或Ca~(2+)引起的絮凝作用对光合细菌产氢能力的促进作用十分明显,而在搅拌条件下,则无明显的促进作用。(5)以葡糖糖为碳源时,所产气体中H2和CO_2含量分别为55%和45%左右,而以丙酮酸为碳源时,所产气体中H2含量只有4.1%,而CO_2的含量高达95.9%,并且以葡萄糖为碳源进行产氢时,光合细菌细胞内丙酮酸的浓度与光合细菌所产气体中CO_2的浓度密切相关,呈线性关系,说明光合细菌所产的CO_2有可能直接来源于丙酮酸的代谢。(6)在产氢过程中缺乏NH_4~+-N时,光合细菌PB-Z会将一部分尿素转化为NH_4~+-N,以满足生长代谢对NH_4~+-N的需求。(7)利用柱型环式光反应器进行产氢实验时,产氢量和最大产氢速率比小型反应器略有下降,可能与该反应器的搅拌动力不足和培养基深度增大导致气体逸出的难度增大有关。(8)在缺乏维生素时,光合细菌PB-Z无法利用小分子酸产氢。而且光合细菌PB-Z不能利用谷氨酸生长和产氢,能够利用尿素和氯化铵为氮源进行生长和产氢,但是硫酸铵中的NH_4~+会抑制光合细菌PB-Z的产氢活性。(9)碳源浓度、氮源浓度和C/N对光合细菌PB-Z产氢的影响是相互作用的,在尿素浓度较高的条件下(N含量为0.02 mol/L),C/N=3.5时,光合细菌的产氢活性较大,C/N增大至10.5时光合细菌就失去产氢活性;而在尿素浓度较低的条件下(N含量为0.003 mol/L),C/N=10时,光合细菌的产氢活性最大,而且具有连续产氢的潜力。综上所述,该菌具有优良的产氢性能。
【关键词】：生物制氢 光合细菌 光发酵 基质代谢
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 氢能的制取11-14
• 1.2.1 化石燃料制氢12
• 1.2.2 水制氢12-13
• 1.2.3 生物质制氢13-14
• 1.3 不产氧光合细菌14-19
• 1.3.1 不产氧光合细菌简介14-16
• 1.3.2 不产氧光合细菌的产氢机理16-19
• 1.4 利用不产氧光合细菌制氢的研究现状19-25
• 1.4.1 产氢工艺条件优化20-22
• 1.4.2 光反应器设计22-23
• 1.4.3 利用廉价底物制氢23-24
• 1.4.4 通过基因突变和基因工程技术改造菌株24-25
• 1.5 不产氧光合细菌的其它应用25
• 1.6 课题来源、研究内容和意义25-28
• 1.6.1 课题来源25
• 1.6.2 课题意义25-26
• 1.6.3 研究目的26
• 1.6.4 研究内容26-28
• 第二章 搅拌速度、光波长和温度对光合细菌PB-Z生长的影响28-34
• 2.1 引言28
• 2.2 材料和方法28-30
• 2.2.1 菌种来源28
• 2.2.2 生长培养基28
• 2.2.3 主要仪器设备28-29
• 2.2.4 实验药品29
• 2.2.5 实验方法29-30
• 2.3 结果与分析30-33
• 2.3.1 搅拌速度对光合细菌PB-Z生长的影响30-31
• 2.3.2 光波长对光合细菌PB-Z生长的影响31-32
• 2.3.3 温度对光合细菌PB-Z生长的影响32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 搅拌速度、光波长、温度和金属离子对光合细菌PB-Z产氢的影响34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 材料和方法34-38
• 3.2.1 菌种来源34
• 3.2.2 产氢培养基34-35
• 3.2.3 主要仪器设备35
• 3.2.4 实验药品35-36
• 3.2.5 实验方法36
• 3.2.6 检测方法36-38
• 3.3 结果与分析38-48
• 3.3.1 搅拌速度对光合细菌产氢的影响38-40
• 3.3.2 光波长对光合细菌产氢的影响40-44
• 3.3.3 温度对光合细菌产氢的影响44-45
• 3.3.4 Fe~(2+)和Ca~(2+)对光合细菌PB-Z产氢的影响45-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 光合细菌产氢过程的代谢特性及新型光反应器50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 材料和方法50-54
• 4.2.1 菌种来源50
• 4.2.2 培养基50-51
• 4.2.3 主要仪器设备51
• 4.2.4 实验药品51
• 4.2.5 实验方法51-52
• 4.2.6 检测方法52-54
• 4.2.6.1 丙酮酸含量测定（比色法）的基本原理52-53
• 4.2.6.1.1 实验试剂52
• 4.2.6.1.2 标准曲线绘制52-53
• 4.2.6.1.3 样品测定53
• 4.2.6.2 总氮和氨氮的测定53-54
• 4.3 结果与分析54-59
• 4.3.1 光合细菌PB-Z产CO_2与丙酮酸代谢的关系54-56
• 4.3.2 光合细菌PB-Z产氢过程氮的代谢56-57
• 4.3.3 新型光反应器57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 光合细菌PB-Z利用小分子酸产氢特性的研究60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 材料和方法60-62
• 5.2.1 菌种来源60
• 5.2.2 产氢培养基60-61
• 5.2.3 主要仪器设备61
• 5.2.4 实验药品61-62
• 5.2.5 实验方法62
• 5.3 结果与分析62-68
• 5.3.1 维生素对光合细菌PB-Z利用乙酸产氢的影响62-63
• 5.3.2 氮源对光合细菌PB-Z利用乙酸产氢的影响63-64
• 5.3.3 碳源、氮源浓度和碳氮比对光合细菌PB-Z利用乙酸产氢的影响64-67
• 5.3.4 对光合细菌PB-Z利用乙酸连续制氢能力的研究67-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 结论与建议70-74
• 6.1 结论70-72
• 6.2 后续实验建议72-74
• 参考文献74-84
• 致谢84-85
• 硕士期间发表论文85

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本文编号：1070675