磁性纳米铁强化Ethanoligenens harbinense产氢产乙醇

发布时间：2020-07-04 04:28

【摘要】：发酵法生物制氢技术可利用有机废水和生物质产生清洁可再生能源载体氢气,由于该技术具有环境友好性和可持续性备受关注。产氢产乙醇发酵是目前已知的主要发酵产氢代谢途径之一。Ethanoligenens harbinense是目前已知的中温产氢产乙醇发酵代表性细菌,具有高效产氢、自凝集性和耐酸产氢等优势。构建高效产氢菌种实现制氢反应器快速启动和生物强化定向调控运行,仍然是发酵法生物制氢规模化面临的主要难题之一。揭示微生物种群互作和微生物与界面互作机制对开发高效产氢菌种和规模化制氢具有重要理论和实际意义。本研究考察了Fe3O4磁性纳米颗粒对Ethanoligenens harbinense和Pseudomonas aeruginosa的共培养体系、Ethanoligenens harbinense纯培养体系产氢代谢影响,进一步分析了L-半胱氨酸和碳源浓度对磁性纳米铁产氢产乙醇体系的影响,比较了不同的培养体系对产氢醇代谢的影响,构建高效产氢菌种体系。在实验中,在未添加L-半胱氨酸的Ethanoligenens harbinense YUAN-3与Pseudomonas aeruginosa PAO1共培养体系中添加0.5、1.0、1.5 g/L的Fe3O4磁性纳米颗粒,在添加0.5 g/L的Fe3O4磁性纳米颗粒时,获得最佳的产氢速率,氢气转化率为0.75 mol-氢气/mol-葡萄糖,与未添加磁性纳米铁相比提高了15.46%,同时乙醇产量也提高了51.37%,由于整体氢气产量较低,所以共培养体系中必须添加半胱氨酸。接着探讨Fe3O4磁性纳米颗粒对共培养体系中不同碳源浓度的强化效果,以15 g/L的葡糖糖作为碳源时添加1.5 g/L Fe3O4磁性纳米颗粒时氢气产率仅提高7.13%,表明碳源不足导致Fe3O4磁性纳米颗粒对产氢强化效果不明显;以20 g/L的葡糖糖作为碳源添加0.5 g/L的Fe3O4磁性纳米颗粒时产氢发酵效果最好,氢气产率提高10.23%,乙醇产量提高27.19%。考虑到在共培养体系中,Pseudomonas aeruginosa PAO1可能会对产氢效果产生一定的影响,将0、0.5、1.0、1.5 g/L Fe3O4磁性纳米颗粒添加Ethanoligenens harbinense YUAN-3纯培养体系中,在添加量为0.5 g/L的Fe3O4磁性纳米颗粒时,氢气产率最高,与未添加组相比增长了9.6%,乙醇与乙酸的摩尔比和葡萄糖利用率最高,强化效果最显著。对比四种不同的培养方式发现,添加Fe3O4磁性纳米颗粒后强化了体系的产氢产乙醇代谢,特别在共培养体系中添加Fe3O4磁性纳米颗粒强化效果明显高于纯培养体系,乙酸含量低,利于产氢产乙醇代谢。在不同培养条件下,随着Fe3O4磁性纳米颗粒添加量增加,发酵末端p H会不同程度的提高,表明Fe3O4磁性纳米颗粒可以缓解培养基酸化;但是添加量的增加会抑制细菌增殖,导致菌量减少。综上所述,在共培养和纯培养体系中添加少量的磁性纳米铁会强化产氢产乙醇代谢,提高高底物浓度利用率,为制氢反应器快速启动和规模化制氢提供一定的理论支持。
【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】：2018
【分类号】：TQ223.122;TQ920.6
【图文】：

图 2-1 菌体形态（a.YUAN-3, b.YUAN-3 与 PAO1 对比）2.1.2 主要仪器设备产氢产乙醇发酵作为最受关注的生物制氢类型之一，可利用的发酵底物广

研究内容引图

【参考文献】

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本文编号：2740635