專利名稱：一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合耦聯(lián)產(chǎn)氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用紅薯、薯蕷等生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕
聯(lián)產(chǎn)氫的方法。
背景技術(shù)：
生物產(chǎn)氫作為 -種清潔環(huán)保的產(chǎn)氫方法，已引起了人們廣泛的關(guān)注，生物產(chǎn)氫主要有發(fā)酵產(chǎn)氫和光合產(chǎn)氫兩種方法。發(fā)酵產(chǎn)氫主要利用嚴(yán)格厭氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌等分解一些大分子有機(jī)物(如淀粉、纖維素等)產(chǎn)氫，其產(chǎn)氫速率快，底物轉(zhuǎn)換率高,但發(fā)酵產(chǎn)氫過程中產(chǎn)生的大量揮發(fā)性有機(jī)酸(乙酸、丁酸和丙酸)會造成pH下降，從而影響產(chǎn)氫效率，同時大量揮發(fā)性有機(jī)酸的產(chǎn)生對環(huán)境也會造成一定污染；而光合細(xì)菌(如Rhodobactersphaeroides、Rhodopseudomonas sp.和Rhodopseudomonas palustris等)以
發(fā)酵產(chǎn)氫后的有機(jī)酸進(jìn)行光合產(chǎn)氫,其光合產(chǎn)氫效率要遠(yuǎn)高于發(fā)酵產(chǎn)氫效率，并且光合細(xì)菌可以利用自然光產(chǎn)氫。因此,如果通過發(fā)酵細(xì)菌和光合細(xì)菌藕聯(lián)產(chǎn)氫，可以充分利用底物進(jìn)行生物產(chǎn)氫，進(jìn)一步提高產(chǎn)氫效率,實現(xiàn)生物產(chǎn)氫工業(yè)化。 目前國內(nèi)外已有很多關(guān)于發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的研究和報道，但仍然處于探索階段，存在很多問題和缺陷。 首先是缺乏滿足工業(yè)化生物產(chǎn)氫的低成本產(chǎn)氫底物，許多前期研究都是利用模式底物如葡萄糖、蔗糖和淀粉等進(jìn)行發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫，例如Haruhiko Y等以淀粉做底物利用發(fā)酵細(xì)菌Clostridium butyricum禾D光合細(xì)菌Rhodobact.er sp. M—19藕聯(lián)產(chǎn)氫，最大產(chǎn)氫率可達(dá)6.6mo1-H2/mol-葡萄糖，Chen CY等以蔗糖為底物利用發(fā)酵細(xì)菌Clostridiumpasteuria皿m CH4禾口光合細(xì)菌Rhodopseudoraonas palustris WP3-5藕聯(lián)產(chǎn)氫，最大產(chǎn)氫率可達(dá)10. 21mol-H2/'mol-蔗糖，雖然這些報道的藕聯(lián)產(chǎn)氫效率很高，但是利用純品制氫是不符合實際的。 其次是針對制約生物產(chǎn)氫的底物問題,研究者把目光投向了來源更加廣泛，成本更低廉的生物質(zhì)和有機(jī)固體廢物，如浙江大學(xué)芩可法等(CN 1858214A)利用生物質(zhì)及固體有機(jī)廢棄物發(fā)酵和光合耦合產(chǎn)氫的方法，但這些方法產(chǎn)氫效率較低。并且利用生物質(zhì)或是有機(jī)固體廢物進(jìn)行生物產(chǎn)氫，首先要將生物質(zhì)或有機(jī)固體廢物通過酸水解或是酶水解的方法降解為更加容易被發(fā)酵細(xì)菌所利用的單糖或是小分子有機(jī)物，然后通過發(fā)酵產(chǎn)生氫氣和有機(jī)酸，發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸再通過光合細(xì)菌繼續(xù)產(chǎn)氫。酸水解會增加產(chǎn)氫成本，同時會造成二次環(huán)境污染。中科院上海生命科學(xué)研究院周志華等(CN101109014A)利用廚余垃圾和乙醇發(fā)酵廢水等廢棄物為原料，通過暗發(fā)酵和光發(fā)酵藕聯(lián)制氫，但對發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液需進(jìn)行稀釋和補(bǔ)充多種營養(yǎng)元素以便促進(jìn)光合細(xì)菌生長和產(chǎn)氫，這些又會使產(chǎn)氫工藝復(fù)雜化。 第三，在光合產(chǎn)氫過程中，多數(shù)研究仍然利用純光合細(xì)菌進(jìn)行光合產(chǎn)氫。但是因為發(fā)酵產(chǎn)氫后的有機(jī)酸成分比較復(fù)雜，單一的純光合細(xì)菌對不同有機(jī)酸的利用能力差別很大，所以光合產(chǎn)氫效率很低。
因此,針對目前發(fā)酵-光合耦合產(chǎn)氫過程中存在的問題和缺陷，本發(fā)明提出了一
種利用紅薯、薯蕷等天然生物質(zhì)材料的產(chǎn)氫工藝更簡化、產(chǎn)氫效率更高的產(chǎn)氫方法。 紅薯是我國的主要糧食作物之一，目前我國對于紅薯的應(yīng)用僅僅局限于提取其淀
粉，對于利用紅薯生成乙醇已有部分報道，但是還沒有利用紅薯生成氫氣的報道。 盾葉薯蕷(Dioscorea Zingiberensis C. H Wright)是薯蕷科薯蕷屬多年生纏繞
草本植物，俗稱黃姜，火頭根，是我國提取甾體激素類藥物原料薯蕷皂甙元(diosgenin)的
主要植物，國內(nèi)大多采用傳統(tǒng)的酸解法在分解出薯蕷皂甙元的同時,盾葉薯蕷中的淀粉和
纖維素未加利用就進(jìn)入了廢水中，這樣不僅浪費(fèi)了大量的資源，而且使廢水處理難度加大，
環(huán)境污染嚴(yán)重。如果能夠先以盾葉薯蕷中的淀粉和纖維素為原料進(jìn)行發(fā)酵-光合聯(lián)合產(chǎn)
氫，再提取皂素，不僅有助于降低廢水處理的難度，而且還可增加經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)薯蕷產(chǎn)業(yè)
的可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用紅薯、薯蕷等生物質(zhì)發(fā)
酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 (1)將加水粉碎后的紅薯、薯蕷等生物質(zhì)熱處理，溫度60 12(TC，使其水解為淀粉和其他大分子含糖有機(jī)物； (2)將上述水解后的有機(jī)混合物加入產(chǎn)氫培養(yǎng)基中，在發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌的作用下進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫，產(chǎn)生大量氫氣，產(chǎn)氫反應(yīng)中控制溫度25 40°C，pH 5. 5 7. 5，產(chǎn)氫時間2 3天； (3)將....匕述發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH后接種光合細(xì)菌，實現(xiàn)發(fā)酵細(xì)菌和光合細(xì)菌藕聯(lián)產(chǎn)氫，反應(yīng)中控制溫度20 40。C，pIi 6. 0 7. 5，光照強(qiáng)度2000 80001ux，產(chǎn)氫時間5 8天。 (4)上述步驟光合產(chǎn)氫完成后重新添加紅薯、薯蕷等生物質(zhì)，進(jìn)行二次發(fā)酵產(chǎn)氫；發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH后，再次進(jìn)行光合藕聯(lián)產(chǎn)氫，發(fā)酵液可重復(fù)利用3-5次。
(5)上述步驟中發(fā)酵液經(jīng)過3-5次重復(fù)利用后，在反應(yīng)器中添加發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行新一輪循環(huán)。光合產(chǎn)氫后的多余光合菌體也可作光合制劑。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫是在同--反應(yīng)器中進(jìn)行的。用于發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的天然生物質(zhì)材料還可以是葛根、木薯、馬玲薯等。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，所述步驟(2)中的產(chǎn)氫培養(yǎng)基成分為FeCl30 . 001 () 01 g，關(guān)0()4 *7:H2() () 002 () ()2g，生長因子0. 1 () 5g,自來水1L。生長因子可以是蛋白胨、牛肉膏、麥芽汁或玉米漿。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，所述步驟(2)中紅薯、薯蕷等生物質(zhì)熱處理后進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫時其底物濃度為1 10g干重/L ;混合發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌為Clostridiumchaxtatabidum、 Clostridium colicanis、 Bacillus sp.禾卩Clostridium butyricum等常規(guī)菌種，發(fā)酵產(chǎn)氫接種量為0. 5 2% 。 作為本發(fā)明的進(jìn) 一 步說明，步驟(3)中所述光合菌群包括Rhodobactersphaeroides、 Rhodopseudomonas faecalis禾口 Rhodopseudomonas palustris，光合產(chǎn)氧接種量為3 5%。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以F優(yōu)勢 首先,本發(fā)明利用來源廣泛的天然生物質(zhì)紅薯、薯蕷等作為底物進(jìn)行發(fā)酵-光合 藕聯(lián)產(chǎn)氫，不需要常規(guī)酸水解或是酶水解過程，只需要熱處理就可以進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫；發(fā)酵培 養(yǎng)基可以利用自來水配制，除了添加少量微量元素和生長因子外，不需要添加更多的營養(yǎng) 物質(zhì)，其產(chǎn)氫成本更低，操作更方便。 其次,本發(fā)明發(fā)酵產(chǎn)氫和光合產(chǎn)氫可先后在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)
酵液不需要離心、過濾、稀釋或是添加任何促進(jìn)光合細(xì)菌生長和產(chǎn)氫的營養(yǎng)物質(zhì)，僅需調(diào)節(jié)
pH后就可以直接接種光合細(xì)菌進(jìn)行光合產(chǎn)氫，可以節(jié)約成本，簡化產(chǎn)氫工藝。 第三，首次發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫后的發(fā)酵液不用排出，只需重新添加紅薯、薯蕷等
生物質(zhì),發(fā)酵液可作為發(fā)酵培養(yǎng)基重復(fù)利用，實現(xiàn)發(fā)酵 光合藕聯(lián)循環(huán)產(chǎn)氫3-5次，這樣不
僅可以充分降解底物進(jìn)行生物產(chǎn)氫,提高底物利用率，而且可以節(jié)約成本，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。 第四，本發(fā)明中發(fā)酵和光合產(chǎn)氫過程中都采用混合菌群進(jìn)行生物產(chǎn)氫，可以充分 發(fā)揮混合菌群利用底物范圍寬、對環(huán)境耐受性強(qiáng)、協(xié)同產(chǎn)氫能力強(qiáng)和產(chǎn)氫效率高的特點(diǎn)；此 外，發(fā)酵光合藕聯(lián)產(chǎn)氫后剩余的光合產(chǎn)氫菌體也可以作為光合制劑，廣泛用于農(nóng)業(yè)、畜 牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。 第五，本發(fā)明中薯蕷中的淀粉通過發(fā)酵轉(zhuǎn)化，使有機(jī)物得到充分利用，不僅可以產(chǎn) 生大量氫氣,還可以作為皂素提取的預(yù)處理工藝，提高皂素收率,減少酸水解造成的環(huán)境污 染。
具體實施方案 實施例1 :利用紅薯發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫 1.紅薯熱處理將紅薯加水粉碎，底物為5g(干重)/L、添加產(chǎn)氫培養(yǎng)基后于 ll(TC處理20分鐘。產(chǎn)氫培養(yǎng)基成分為:FeCl3 0. 005g， NaMo04 * 7H20 0. Olg，酵母膏0. 3g， 自來水1L。 2.發(fā)酵產(chǎn)氫將混合發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌按2%接種量接種至上述熱處理的紅薯培養(yǎng) 液中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，發(fā)酵液體積為l()()niL，反應(yīng)在3(X)mL玻璃瓶中進(jìn)行，即裝料系數(shù)為 0. 33。控制溫度為35°C ，初始pH為7. 0，靜置常壓下發(fā)酵產(chǎn)氫。 3.產(chǎn)氫產(chǎn)酸過程6h后，發(fā)酵細(xì)菌開始產(chǎn)氫，整個產(chǎn)氫過程持續(xù)48 72小時，產(chǎn) 氫量為279ml/g(干重)，最大產(chǎn)氫速率為110. 85ml/l/h，氫氣濃度為37. 84%，根據(jù)紅薯中 lg干重中所含總糖(86%)折算產(chǎn)氫率為2.35M)1-H2/m)1-葡萄糖。
4.光合菌群利用發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液進(jìn)行光合產(chǎn)氫 將發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液(不需添加任何其它營養(yǎng)物質(zhì))調(diào)節(jié)pH為7. 0后接種光 合菌群，接種量為5% (v/v)。培養(yǎng)過程中控制溫度3(TC，初始pH 7，光照強(qiáng)度置常壓下光合產(chǎn)氫。光合產(chǎn)氫時間為7天左右，產(chǎn)氫量為785ml/g(紅薯干重)，最大產(chǎn)氫 速率為23. 35ml/l/h，根據(jù)紅薯中l(wèi)g千重中所含總糖(86% )折算產(chǎn)氫率為6. 61mol-H2/ mol-葡萄糖。 發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫量為1()64ml/g(干重)，根據(jù)紅薯中l(wèi)g干重中所含總糖 (86% )折算產(chǎn)氫率為8. 96mol-H2/mol-葡萄糖，比單獨(dú)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫提高了 2. 8倍。
實施例2 :不同溫度F發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫 方法步驟同實施例1，只是發(fā)酵過程控制溫度在30°C 。發(fā)酵產(chǎn)氫過程持續(xù)了 66 小時，產(chǎn)氫量為248ml/g(干重)，產(chǎn)氫速率為23na/l/h,根據(jù)紅薯中l(wèi)g干重中所含總糖 (86% )折算產(chǎn)氫率為2. 09mol-H/mol-葡萄糖；紅薯發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液接種光合細(xì)菌產(chǎn) 氫后，光合產(chǎn)氫量為556ml/g(千重)，產(chǎn)氫速率為19. 40ml/l/h，折算產(chǎn)氫率為4. 68mol-H2/ mol-葡萄糖。發(fā)酵和光合藕聯(lián)產(chǎn)氫量共804ml/g(干重)，折算其產(chǎn)氫率為6. 77mol-H2/ mol-葡萄糖，比單獨(dú)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫提高了 2. 2倍。發(fā)酵溫度3()°C比35°C的兩步藕聯(lián)產(chǎn)氫量 降低了 20%左右。 實施例3 :不同裝料系數(shù)的發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫 方法步驟同實施例1,發(fā)酵液體積為150mL，發(fā)酵與光合聯(lián)合產(chǎn)氫仍在300mL玻璃 瓶中進(jìn)行，即裝料系數(shù)為0. 5。發(fā)酵產(chǎn)氫量為225ml/g干重,產(chǎn)氫速率為22. 8m:l/l/h,氫氣 濃度為50. 2%,比實施例1高出了 12. 36%，根據(jù)紅薯中l(wèi)g干重中所含總糖(86% )折算產(chǎn) 氫率為1. 89mol-H/mol-葡萄糖，氫氣產(chǎn)量比實施例1降低了 20%;紅薯發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵 液接種光合細(xì)菌產(chǎn)氫后，光合產(chǎn)氫量為457ml/g干重,產(chǎn)氫速率為18. 2ml/l/h，折算產(chǎn)氫率 為3. 85鵬1-:H2/m0l-葡萄糖。發(fā)酵和光合藕聯(lián)產(chǎn)氫量共為692ml/g干重，折算其產(chǎn)氫率為 5. 74mol-H2/mol-葡萄糖，比單獨(dú)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫提高了 2倍。
實施例4 :不同生長因子F紅薯發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫 方法步驟同實施例1,生長因子為0. 3g/L玉米漿。發(fā)酵產(chǎn)氫量為279ml/g干重，產(chǎn) 氫速率為42. 9ml/l/h，根據(jù)紅薯中l(wèi)g干重中所含總糖(86% )折算產(chǎn)氫率為2. 35mo:l-H2/ mol-葡萄糖；紅薯發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液接種光合菌群產(chǎn)氫后，光合產(chǎn)氫量為686ml/g干重， 產(chǎn)氫速率為16. 7ml/l/h，折算產(chǎn)氫率為5. 77mol-H2/mol-葡萄糖。發(fā)酵和光合藕聯(lián)產(chǎn)氫量 共為965ml/g干重,折算其產(chǎn)氫率為8. 12mol-II2/mol-葡萄糖，比單獨(dú)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫提高了 2. 5倍。 實施例5 :利用紅薯光合產(chǎn)氫發(fā)酵液的多次藕聯(lián)產(chǎn)氫 方法步驟同實施例1。發(fā)酵產(chǎn)氫量為237ml/g(千重)，折算其產(chǎn)氫率為
2. OOmol-II2/mol 葡萄糖；紅薯發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液接種光合菌群產(chǎn)氫后，光合產(chǎn)氫量為 435ral/g (干重)，折算其產(chǎn)氫率為3. 66mol-H:2/m)1-葡萄糖。發(fā)酵和光合藕聯(lián)產(chǎn)氫量共為 672ml/g(干重)，折算其產(chǎn)氫率為5. 66m0l-H2/mol-葡萄糖。 第一次光和產(chǎn)氫后的發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH為7. 0，投加底物濃度為5g(千重)/L的紅 薯，通過發(fā)酵細(xì)菌進(jìn)行第二次發(fā)酵產(chǎn)氫；發(fā)酵過程中其產(chǎn)氫量為299ml/g(干重)，折算其 產(chǎn)氫率為2. 52mol-H:2/mol-葡萄糖；發(fā)酵產(chǎn)氫后，再次調(diào)節(jié)二次發(fā)酵液的p:H為7. 0，利用 反應(yīng)器中的光合細(xì)菌進(jìn)行二次光和產(chǎn)氫，光合產(chǎn)氫量為416ml/g (干重)，折算其產(chǎn)氫率為
3. 50mOl-H2/mol-葡萄糖。發(fā)酵-光合藕聯(lián)二次產(chǎn)氫量共為715ml/g(千重)，折算其產(chǎn)氫 率為6. 02mol-II2/mol-葡萄糖，比第一次提高了 0. 36mol-H2/mol-葡萄糖。
6
繼續(xù)利用上述二次藕聯(lián)產(chǎn)氫后的發(fā)酵液進(jìn)行第三次發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫，操作過 程同上，第三次發(fā)酵產(chǎn)氫量為246ml/g (千重)，折算其產(chǎn)氫率為2. 07mOl-H2/mol-葡萄糖； 光合產(chǎn)氫量為490ml/g (干重)，折算其產(chǎn)氫率為4. 13mol-IV'mol-葡萄糖。發(fā)酵和光合藕 聯(lián)產(chǎn)氫量共為736ml/g(干重)，折算其產(chǎn)氫率為6. 2()mo:l-H2/m0l-葡萄糖，比第一次提高了
0. 54mol-H2/mol-葡萄糖。 綜合三次發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫，其平均發(fā)酵產(chǎn)氫量為261ml/g(千重)，折算其 產(chǎn)氫率為2. 19mol-H2/mol 葡萄糖；平均光合產(chǎn)氫量為447ml/g(干重)，折算其產(chǎn)氫率為 3. 76mo:l-H2/mo:l-葡萄糖。發(fā)酵和光合聯(lián)合產(chǎn)氫量平均為736ml/g(干重)，折算其產(chǎn)氫率 為5. 95mol-H2Zmol-葡萄糖，比第一次提高了 0. 29mol-H2/mol-葡萄糖。
實施例6 :利用薯蕷發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫 方法步驟同實施例l,生長因子為0.5g/L酵母膏。發(fā)酵產(chǎn)氫量為266ml/g(干 重)，最大產(chǎn)氫速率為33. 2ml/:l/h，根據(jù)薯蕷中l(wèi)g干重中所含總糖(68% )折算產(chǎn)氫率 為2. 55mol-H2/mol-葡萄糖，發(fā)酵產(chǎn)氫同時產(chǎn)生的有機(jī)酸中丁酸為1 3g/L，乙酸0. 7
1. 7g/L，還有少量的乙醇和丙酸。發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液接種光合菌群產(chǎn)氫后，光合產(chǎn)氫量為 738ml/g(干重)，最大產(chǎn)氫速率為44. lml./1/h,發(fā)酵和光合藕聯(lián)產(chǎn)氫量共為1004ml/g干 重，折算其產(chǎn)氫率為9. 64鵬1-:H2/mol-葡萄糖，比單獨(dú)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫提高了 3. 8倍。產(chǎn)氫完 成后發(fā)酵液還可以用于皂素提取。 實施例7 :不同薯蕷濃度發(fā)酵_光合聯(lián)合產(chǎn)氫 方式同實施例1，薯蕷底物為7g(干重)/L，發(fā)酵產(chǎn)氫48h后，發(fā)酵產(chǎn)氫量、最大產(chǎn) 氫速率及產(chǎn)氫率分別為246. 9ml/g(干重:)、34. 66ral/:[/h和2. 37mol-H:2/mol-葡萄糖；發(fā) 酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液接種光合菌群產(chǎn)氫后，其光合產(chǎn)氫量為322ml/g(干重)，最大產(chǎn)氫速率 為15. 2ml/l/h，綜合發(fā)酵光合聯(lián)合產(chǎn)氫量為569ml/g(千重)，折算其產(chǎn)氫率為5. 46mol-H2/ mol-葡萄糖。與實例1相比，薯蕷底物為7g(干重)/L比薯蕷底物為5g(干重)/L的產(chǎn)氫 總量和產(chǎn)氫率均降低了 3()%多。產(chǎn)氫完成后將發(fā)酵液用于皂素提取。 依此方法，利用紅薯、薯蕷等生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫后的最終發(fā)酵液可以完 成3 5次產(chǎn)氫，這對于提高紅薯、薯蕷等生物質(zhì)底物的利用率、增加發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫 效率、降低產(chǎn)氫成本和產(chǎn)氫廢水的優(yōu)化處理有很大的促進(jìn)作用。 綜上所述,本發(fā)明開發(fā)了一種高效、實用的生物制氫系統(tǒng),實現(xiàn)了資源循環(huán)利用和 清潔能源生產(chǎn)的雙贏，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，應(yīng)用前景廣闊。此外，本 發(fā)明不限于以上描述的具體實例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明權(quán)利要求前提下作出的變化和 改動，均應(yīng)是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于發(fā)酵產(chǎn)氫和光合產(chǎn)氫先后在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，包括以下步驟(1)將粉碎后的生物質(zhì)熱處理，溫度60～120℃，使其水解為淀粉和其他大分子含糖有機(jī)物；(2)將上述水解后的有機(jī)混合物加入發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基中，產(chǎn)氫反應(yīng)中控制溫度25～40℃，pH為5.5～7.5，產(chǎn)氫時間2～3天；(3)將上述發(fā)酵產(chǎn)氫后的發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH后接種光合菌群后繼續(xù)進(jìn)行產(chǎn)氫，反應(yīng)中控制溫度20～40℃，pH 6.0～7.5，光照強(qiáng)度2000～8000lux，產(chǎn)氫時間5～8天；(4)光合產(chǎn)氫完成后重新添加生物質(zhì)，再次進(jìn)行發(fā)酵-光合藕聯(lián)發(fā)酵產(chǎn)氫；底物能重復(fù)利用3～5次。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述生物質(zhì)為紅薯或薯蕷或葛根或木薯或馬玲薯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法,其特征在于:所述發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基含F(xiàn)eCl3， NaMo04 * 7H20，生長因子，自來水1L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基配方為FeCl3 0. 001-0. Olg, NaMo04 * 7H200. 002-0. 02g,生長因子0. 1 0. 5g，自來水1L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的 -種生物質(zhì)發(fā)酵_光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述生長因子是酵母膏或蛋白胨或牛肉膏或麥芽汁或玉米漿。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法,其特征在于生物質(zhì)熱處理后進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫時其底物濃度為1 1()g(干重)/L。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌為Clostridium chartatabidum、 Clostridium colicanis. 、 Bacillus sp.禾flClostridium butyricum。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于光合菌群為Rhodobacter sphaeroides、 Rhodopseudomonas faecalis禾卩Rhodopseudomonaspalustris。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述的光合菌群的生長培養(yǎng)基含琥珀酸鈉，酵母膏，(NH:4)2S()4， KH2P()4， K2:HP()4, NaCl，MgS04 * 7H20， CaCl2， FeS04 * 7H20， (NH4) 6Mo7024， CoCl2 * 6H20， ZnCl2， CuCl2， H萬，EDTA-2Na，維生素B,，生物素，蒸餾水。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種生物質(zhì)發(fā)酵-光合藕聯(lián)產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述的光合菌群的生長培養(yǎng)基配方為琥珀酸鈉9.8g,酵母膏l(xiāng)g， (N:H4)2S()4 1.25g，KH2P04 0. 5g， K2HP04 0 . 6g， NaCl 0. 2g， MgS04 * 7H20 0. 6g， CaCl2 0. 05g， FeS04 * 7H20 lmg，(NH4)6Mo70240. 5mg，CoCl2 *6H20 0. Olmg， ZnCl20. lmg， CuCl20. Olmg， H3B032mg， EDTA-2Na 2mg，維生素1mg，生物素15 ii g，蒸餾水1L。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用紅薯、薯蕷等生物質(zhì)發(fā)酵-光合耦聯(lián)產(chǎn)氫的方法。本發(fā)明發(fā)酵產(chǎn)氫和光合產(chǎn)氫在同一反應(yīng)器中完成，首先將生物質(zhì)熱處理；然后以生物質(zhì)為底物的發(fā)酵培養(yǎng)基中接種發(fā)酵細(xì)菌，在溫度25～40℃，pH 5.5～7.5的環(huán)境中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫；產(chǎn)氫完成后發(fā)酵液不需添加任何其它營養(yǎng)物質(zhì)，也不需要進(jìn)行稀釋，只需調(diào)節(jié)pH值為6.0～7.5后直接接種混合光合菌群，在光照強(qiáng)度2000～8000lux下繼續(xù)進(jìn)行厭氧光合產(chǎn)氫。本發(fā)明產(chǎn)氫后的最終發(fā)酵液只需重新添加紅薯、薯蕷等生物質(zhì)即可再次耦聯(lián)產(chǎn)氫，發(fā)酵液可重復(fù)利用3-5次。本發(fā)明方法具有產(chǎn)氫效率高、產(chǎn)氫持續(xù)時間長、底物轉(zhuǎn)化效率高、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C12P3/00GK101760479SQ200810148030
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者付寧, 何曉紅, 李大平, 王曉梅, 胡吉軍, 賈志國, 陶勇 申請人:中國科學(xué)院成都生物研究所