外加電場輔助質子傳遞供類球紅細菌光合產氫研究.pdf

1、氫能由于其可再生、清潔、高效而成為最具發(fā)展前景的替代能源。光合細菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)能將光能利用和有機物的去除有機地結合在一起制取氫氣，具有產氫速率快、產氫純度高等特點，但目前利用光合細菌制氫技術研究仍處于實驗階段，氫的生產率仍然較低，嚴重制約著光合產氫技術發(fā)展。為了實現(xiàn)光合菌細菌制氫技術產業(yè)化應用，還需進一步深入研究開發(fā)新技術。為了提高光合細菌的生產率，考慮由外界系統(tǒng)向光合細菌產氫系統(tǒng)提供產氫原

2、料質子來提高光合細菌產氫的產氫量。本文運用雙極室反應器陽極室微生物氧化分解有機物釋放質子，質子在外加電場的作用下通過質子交換膜傳遞到陰極室，陰極室中的光合細菌利用這些質子進行光合產氫，從而提高其產氫量。
　　 本文以類球紅細菌(Rhodobacter sphaeroides)為研究對象。首先研究了R.sphaeroides生長和光合產氫的優(yōu)化條件以及利用混合底物產氫的性能；然后對R.sphaeroides進行外加電場的馴化，使其

3、適應微電場環(huán)境，并運用Biolog GN微孔板分析了外加電場對R.sphaeroides的碳源代謝的影響；再研究用外加電場輔助質子傳遞供R.sphaeroides光合產氫，以及R.sphaeroides與其它降解菌在產氫關系上的生態(tài)關系。研究結果表明：
　　 (1)R.sphaeroides在pH7.0～8.0，光照強度30001x，溫度30～35℃，以厭氧光照的條件下生長最好。
　　 (2)R.sphaeroides光

4、合產氫的最佳條件為：48h種子液，pH7.0～7.5，光強強度3000～70001x，溫度30℃～35℃。
　　 (3)R.sphaeroides能夠利用多種不同碳源光合產氫，但其產氫活性對底物具有選擇性，其中葡萄糖具有最大的氫產量和平均產氫速率，達2.625L/L和16.6mL/L/h，琥珀酸鈉具有最大的底物轉化效率達54.8％；用琥珀酸鈉與葡萄糖按15：15(mmol/L)為混合底物產氫時，氫產量，平均產氫速率和底物轉化率分

5、別提高了35.3％，35.5％和35.3％。
　　 (4)雙極室反應器輔助R.sphaeroides光合產氫，陽極室中加入陽極馴化的R.sphaeroides為降解菌，30001x厭氧光照培養(yǎng)，丁二酸鈉為供給碳源，外加電勢0.3V時，陰極室中R.sphaeroides的產氫結果最好，同純培養(yǎng)相比，產氫量提高了85.7％。證明R.sphaeroides能夠利用外加系統(tǒng)提供的質子催化生成氫氣。
　　 (5)用Biolog G

6、N微孔板分析外加電場馴化后R.sphaeroides的碳源代謝發(fā)現(xiàn)，陽極馴化的R.sphaeroides豐富度指數(shù)(S)增加了9，陰極馴化的R.sphaeroides豐富度指數(shù)(S)略有下降，但是兩株細菌的平均顏色變化率(AWCD)都有明顯提高，說明外加電場能夠提高R.sphaeroides的代謝活性。
　　 (6)雙極室反應器輔助R.sphaeroides產氫能夠提高其產氫量，其機理可總結為：陽極室為R.sphaeroides

7、產氫系統(tǒng)提供外來產氫原料質子，同時，質子還能調節(jié)產氫的pH環(huán)境；另外，外加電場能夠提高R.sphaeroides的代謝活性。
　　 (7)雙極室反應器陽極室分別加入R.sphaeroides、沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、大腸桿菌DH5a(Escherichia coli DH5a)、大腸桿菌BL21(Escherichia coli BL21)以及固定化的鹽生鹽桿菌(Halobacte