光合細(xì)菌固定化包埋顆粒產(chǎn)氫特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、有限儲(chǔ)量化石燃料的減少和能源需求的不斷增長(zhǎng)以及化石燃料燃燒造成的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，使21世紀(jì)的能源面臨巨大挑戰(zhàn)?？稍偕鍧嵞茉磳⒊蔀槲磥?lái)可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的主體。氫能清潔可再生，燃燒之產(chǎn)生水和巨大能量，生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和、能耗低、能妥善解決能源與環(huán)境的矛盾。固定化細(xì)胞技術(shù)自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)由于其具有很多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。將固定化技術(shù)與生物制氫結(jié)合起來(lái)在一定程度上可提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量，使單位反應(yīng)

2、器的產(chǎn)氫率和運(yùn)行穩(wěn)定性有所提高。本文利用本實(shí)驗(yàn)室培育篩選的一種高效光合產(chǎn)氫菌，針對(duì)單個(gè)固定化光合細(xì)胞凝膠顆粒，實(shí)驗(yàn)研究了其產(chǎn)氫特性以及對(duì)底物葡萄糖的降解特性，初步建立了固定化細(xì)胞凝膠顆粒內(nèi)含生化反應(yīng)的微觀質(zhì)量傳輸模型。主要研究工作如下： 1．探討了制備固定化細(xì)胞凝膠顆粒的影響因素，主要包括載體濃度、混合載體的配比、溫度、延遲時(shí)間、交聯(lián)劑濃度等。 2．由于光合細(xì)菌光合產(chǎn)氫對(duì)光的特殊要求，本文通過控制交聯(lián)劑硼酸和氯化鈣濃度、

3、載體聚乙烯醇和硼酸的反應(yīng)溫度、混合載體的配比等條件制備出透光率、機(jī)械強(qiáng)度、粒徑、穩(wěn)定性等性能都較好的包埋顆粒。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了各種工藝制備的凝膠顆粒的有效擴(kuò)散系數(shù)、孔隙率、透光率、穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等性能參數(shù)。并對(duì)凝膠顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，分析培養(yǎng)不同時(shí)間的顆粒內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化，最終找出一種最佳的顆粒制備工藝。 3．設(shè)計(jì)了生化反應(yīng)器并搭建了固定化光合細(xì)胞產(chǎn)氫及降解特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。反應(yīng)器首先能滿足可以在線觀察固定化光合細(xì)胞降解有機(jī)物產(chǎn)氫過程中

4、顆粒內(nèi)的反應(yīng)現(xiàn)象，本文對(duì)該反應(yīng)過程進(jìn)行了連續(xù)觀察，主要觀察產(chǎn)物的形態(tài)，有無(wú)氣泡存在。觀察結(jié)果表明反應(yīng)生成的氣體從顆粒內(nèi)到主體溶液的傳輸過程主要以分子擴(kuò)散的形式完成的，顆粒內(nèi)并無(wú)氣泡形成。 4．對(duì)固定化光合細(xì)菌產(chǎn)氫動(dòng)力學(xué)，本文著重研究了基質(zhì)濃度、光波長(zhǎng)、光照強(qiáng)度、溫度、基質(zhì)溶液pH、基質(zhì)溶液流速等對(duì)產(chǎn)氫和降解性能的影響，得到了各因素對(duì)產(chǎn)氫和降解性能的影響規(guī)律，當(dāng)采用黃光照射、光強(qiáng)為6000lx、溫度為30℃、pH值等于7、基質(zhì)葡萄