太阳能微生物制氢系统的研究

发布时间：2020-08-12 11:41

【摘要】： 太阳能光合微生物制氢技术的研究对世界能源经济的发展具有重要意义,它充分利用丰富的太阳能作为能量来源,CO_2作为碳源,通过微生物的光合作用进行产氢反应。本文重点对两种微生物共同产氢的系统中光反应器内光辐射、系统产氢量以及光转化率进行研究。主要研究工作包括: (1)在辐射传递方程基础上,结合光反应器内微生物的吸收和散射试验研究结果,通过对辐射方程各项分析,建立了光反应器内部的光辐射传递方程。建立两种微生物共同产氢系统的质量方程以及光转化率方程。方程中对散射辐射的模拟采用了24个方向上离散方法,通过对试验结果,表明其模拟具有可信度。在入射边界条件上,提出了散射入射和直射入射分别考虑的方式,相对国内外已有研究报告,具有更高的模拟精度,同时可以为分析辐射传递过程和优化反应器结构提供依据。 (2)根据微生物的辐射特性,发现微生物在吸收太阳能进行产氢过程中,当辐射强度小于一定值时,微生物不能进行产氢反应。结合国外试验成果,提出这一极限值为67.0W/m~2。采用单一物种进行产氢时,对照太阳辐射沿波长方向上的分布,发现单一物种微生物不能充分利用整个波段范围内的太阳能。通过试验本文提出了采用A.variabilis和R.sphaeroides共同产氢,并对其模拟计算结果进行分析研究。 (3)分别将光强、反应器厚度、产氢量、光转化率等重要参数绘制成等值分布图和曲线分布图。根据图表分析结果表明,随着反应器厚度以及微生物浓度的增加,光辐射强度在反应器内递减,当两者增加到一定程度时,反应器内部出现暗区。分析比较单一物种与混合物种产氢模拟讨算结果,在相同总浓度和反应器厚度情况下,混合物种的产氢量高于单一物种的产氢量,最佳配比关系为X_R/X_A=4:1。 (4)在分析影响因素的基础上,改变程序中使用的参数以及边界条件进行数值模拟,比较计算结果发现适当的反应器厚度、微生物浓度和配比关系可以提高产氢量和光转化率。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK519
【图文】：

光反应器,平板式,光能

图1.3平板式光反应器Fig1.3TheflatPhotobioreactor生物培养系统来说，光能是一个重要光能的供给和光利用率是学术和技术、光限制、光饱和和光阻止等问题将，因此，通过改进各种各样的系统以细胞产氢的关系图，从图中可以看出，

微生物,辐射特性

2.3.2微生物的辐射特性在完成了微生物的培养后，微生物利用太阳能进行产氢反应，它们对辐射光的吸收、散射等辐射特性对准确地了解整个系统效率都十分重要。图2.4是本文采用微生物A，variabilis和R.印haeroides在显微镜下的形状图片I，‘]。 (a)A.varlabilis(b)R.sPhaeroides图2.4两种不同微生物 F192.4Twodifferentmicroorganisms从图2.4可以看出，微生物A.variabilis呈纤维状，而R.sPhaeroides呈微小颗粒状。根据已有的试验研究成果I3v]，下图为波长在300一1300lun范围内微生物A.varl’abilis和R.sPhaer口ide:吸收系数和散射系数随波长变化的趋势，

【引证文献】