底物浓度对光合产氢过程动力学的影响
发布时间：2021-11-26 21:26
以光合产氢混合菌种为研究对象,采用实验研究和模型拟合的方法进行底物浓度对产氢过程动力学影响的研究.结果表明,底物浓度为5、10 mg/mL的产氢系统,底物消耗利用程度较高,20 mg/mL的系统存在未完全降解利用的物质,底物最大消耗利用量为17.014 6 mg/mL.各产氢系的统产氢速率分别在95、101、107 h达到最大,即底物浓度低,光合细菌对底物的消耗利用程度高,最大产氢速率出现较早. Gompertz模型拟合氢气生成的相关系数均大于99%,且氢气生成和底物消耗主要在混合菌种对数生长期和稳定期前期.
【文章来源】：河南科学. 2020,38(07)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光合产氢过程底物消耗动态曲线
表2给出了Gompertz模型拟合方程各项参数，底物浓度20、10、5 mg/mL的Gompertz模型拟合最大累积产氢量分别是588、409、233 mL，与实验测试数据误差分别为6.715 1%、7.631 6%、0.869 6%.根据Gompertz模型计算获得的最大产氢速率分别是6.637 9、4.168 7、4.102 7 mL/h，最大累积产氢量和最大产氢速率的变化趋势一致，都是底物浓度20 mg/mL的产氢系统最大.各浓度条件下，产氢延迟期的时间都在65～75 h之间，且相关系数R2均大于99%，说明Gompertz模型对光合产氢过程拟合的非常好.利用Gompertz模型拟合各参数获得产氢速率的动力学方程，绘制的产氢速率变化曲线如图3所示.各底物浓度下，产氢速率都呈先增大后减小的趋势，80 h以前底物浓度5 mg/mL的系统产氢速率最小，底物浓度10、20 mg/mL的系统产氢速率大于5 mg/mL的系统且两者差别不大.80 h后，20 mg/mL系统的产氢速率继续快速增高并于107 h达到最大，而底物浓度5 mg/mL和10 mg/mL的系统分别在95 h和101 h达到最高，且底物浓度20 mg/mL系统的最大产氢速率最高，即底物浓度较低，光合细菌对底物的消耗利用程度高，最大产氢速率出现的时间较早.
光合细菌累积产氢量和光合细菌生长随时间变化规律符合S形曲线[20]，而光合细菌产氢代谢过程中底物消耗规律为反S曲线.底物浓度为10 mg/mL的光合产氢系统，12～48 h光合细菌已经进入对数生长期，生物量增长迅速.随着生物量增加，系统内的整体代谢活动增强，底物葡萄糖浓度下降，且24～48 h葡萄糖浓度下降程度大于12～24 h.反应12～48 h，光合细菌将葡萄糖底物从细胞外扩散到细胞内，同时在氢酶的作用下代谢生成氢气，但生物体内代谢活动转化的能量主要用于光合细菌自身的生长代谢作用，导致产氢体系已经有氢气的生成，但数量较少.葡萄糖消耗量主要集中在48～120 h，此时底物浓度降低程度最大，且光合细菌产氢速率较高，系统氢气的生成主要在此时段，即光合细菌对数生长期和稳定期是底物消耗和氢气生成的主要阶段.120 h以后光合细菌生物量开始减少，底物葡萄糖大部分已经被消耗分解，产氢速率下降，累积产氢量增加缓慢（图4).图4 发酵产氢动力学过程对比分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]HAU-M1光合产氢混合菌种生长模型拟合与分析[J]. 荆艳艳,隋琼,董丛丛,王鹏飞. 河南科学. 2018(06)
[2]光合细菌混合菌群HAU-M1产氢动力学实验研究[J]. 王毅,张川,荆艳艳,张全国,路朝阳. 太阳能学报. 2016(06)
[3]酸碱度对玉米秸秆酶解液光合生物产氢动力学的影响[J]. 路朝阳,王毅,曹明,李昌明,杨达飞,张全国. 安全与环境学报. 2016(03)
[4]HAU-M1光合产氢细菌的生理特征和产氢特性分析[J]. 蒋丹萍,韩滨旭,王毅,王素兰,尤希风,张全国. 太阳能学报. 2015(02)
[5]蓝圆鲹蛋白的酶解过程动力学研究[J]. 廖丹葵,黄伟,蒋海萍,孙建华,赵钟兴,童张法. 高校化学工程学报. 2013(05)
[6]牛粪厌氧发酵动力学模型研究[J]. 李道义,李树君,景全荣,吴丽丽,燕晓辉,金鑫. 农业机械学报. 2013(S2)
[7]绕流具有光合生化反应管束的格子Boltzmann模拟[J]. 杨艳霞,廖强,朱恂,王宏,丁玉栋. 化工学报. 2012(08)
[8]基于pH控制的丙酮丁醇间歇发酵过程动力学模型[J]. 焦敏,张湜,姜岷,孙佰军,苗大龙,王玲玲. 化工自动化及仪表. 2011(07)
[9]两种玉米秸秆热解过程动力学模型的比较[J]. 王通洲,高虹. 太阳能学报. 2010(04)
[10]水热条件下CO2催化棉纤维水解制糖过程动力学[J]. 崔洪友,张明,邢兆伍. 化学工程. 2008(06)
本文编号：3520951
【文章来源】：河南科学. 2020,38(07)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光合产氢过程底物消耗动态曲线
表2给出了Gompertz模型拟合方程各项参数，底物浓度20、10、5 mg/mL的Gompertz模型拟合最大累积产氢量分别是588、409、233 mL，与实验测试数据误差分别为6.715 1%、7.631 6%、0.869 6%.根据Gompertz模型计算获得的最大产氢速率分别是6.637 9、4.168 7、4.102 7 mL/h，最大累积产氢量和最大产氢速率的变化趋势一致，都是底物浓度20 mg/mL的产氢系统最大.各浓度条件下，产氢延迟期的时间都在65～75 h之间，且相关系数R2均大于99%，说明Gompertz模型对光合产氢过程拟合的非常好.利用Gompertz模型拟合各参数获得产氢速率的动力学方程，绘制的产氢速率变化曲线如图3所示.各底物浓度下，产氢速率都呈先增大后减小的趋势，80 h以前底物浓度5 mg/mL的系统产氢速率最小，底物浓度10、20 mg/mL的系统产氢速率大于5 mg/mL的系统且两者差别不大.80 h后，20 mg/mL系统的产氢速率继续快速增高并于107 h达到最大，而底物浓度5 mg/mL和10 mg/mL的系统分别在95 h和101 h达到最高，且底物浓度20 mg/mL系统的最大产氢速率最高，即底物浓度较低，光合细菌对底物的消耗利用程度高，最大产氢速率出现的时间较早.
光合细菌累积产氢量和光合细菌生长随时间变化规律符合S形曲线[20]，而光合细菌产氢代谢过程中底物消耗规律为反S曲线.底物浓度为10 mg/mL的光合产氢系统，12～48 h光合细菌已经进入对数生长期，生物量增长迅速.随着生物量增加，系统内的整体代谢活动增强，底物葡萄糖浓度下降，且24～48 h葡萄糖浓度下降程度大于12～24 h.反应12～48 h，光合细菌将葡萄糖底物从细胞外扩散到细胞内，同时在氢酶的作用下代谢生成氢气，但生物体内代谢活动转化的能量主要用于光合细菌自身的生长代谢作用，导致产氢体系已经有氢气的生成，但数量较少.葡萄糖消耗量主要集中在48～120 h，此时底物浓度降低程度最大，且光合细菌产氢速率较高，系统氢气的生成主要在此时段，即光合细菌对数生长期和稳定期是底物消耗和氢气生成的主要阶段.120 h以后光合细菌生物量开始减少，底物葡萄糖大部分已经被消耗分解，产氢速率下降，累积产氢量增加缓慢（图4).图4 发酵产氢动力学过程对比分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]HAU-M1光合产氢混合菌种生长模型拟合与分析[J]. 荆艳艳,隋琼,董丛丛,王鹏飞. 河南科学. 2018(06)
[2]光合细菌混合菌群HAU-M1产氢动力学实验研究[J]. 王毅,张川,荆艳艳,张全国,路朝阳. 太阳能学报. 2016(06)
[3]酸碱度对玉米秸秆酶解液光合生物产氢动力学的影响[J]. 路朝阳,王毅,曹明,李昌明,杨达飞,张全国. 安全与环境学报. 2016(03)
[4]HAU-M1光合产氢细菌的生理特征和产氢特性分析[J]. 蒋丹萍,韩滨旭,王毅,王素兰,尤希风,张全国. 太阳能学报. 2015(02)
[5]蓝圆鲹蛋白的酶解过程动力学研究[J]. 廖丹葵,黄伟,蒋海萍,孙建华,赵钟兴,童张法. 高校化学工程学报. 2013(05)
[6]牛粪厌氧发酵动力学模型研究[J]. 李道义,李树君,景全荣,吴丽丽,燕晓辉,金鑫. 农业机械学报. 2013(S2)
[7]绕流具有光合生化反应管束的格子Boltzmann模拟[J]. 杨艳霞,廖强,朱恂,王宏,丁玉栋. 化工学报. 2012(08)
[8]基于pH控制的丙酮丁醇间歇发酵过程动力学模型[J]. 焦敏,张湜,姜岷,孙佰军,苗大龙,王玲玲. 化工自动化及仪表. 2011(07)
[9]两种玉米秸秆热解过程动力学模型的比较[J]. 王通洲,高虹. 太阳能学报. 2010(04)
[10]水热条件下CO2催化棉纤维水解制糖过程动力学[J]. 崔洪友,张明,邢兆伍. 化学工程. 2008(06)
本文编号：3520951
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