[發明專利]一種光合細菌連續制氫的方法及其裝置

無效

• 申請號: 200910064438.5
• 申請日: 2009-03-23
• 公開（公告）號: CN101538587A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 張全國;李剛;楊群發;王毅;荊艷艷
• 申請（專利權）人: 河南農業大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12M1/107;C12R1/01;C12R1/38
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明屬于光合細菌制氫的技術領域，具體涉及了一種光合細菌連續制氫的方法及其裝置。

背景技術

隨著化石能源儲量的日益減少及廣泛使用化石能源所帶來的環境污染的不斷惡化，要實現經濟和社會的可持續發展，必須尋找新的清潔的可再生能源替代原有的化石能源，構建新的能源體系。在眾多的可再生能源中氫氣由于其高效、清潔可再生的特點，被認為是一種最理想的替代能源。然而與氫能的巨大發展潛力相對應的落后的制氫技術卻一直制約著氫能的大規模應用與發展，傳統的化石燃料重整制氫和電解水制氫存在著耗能巨大，原料轉化率低，生產成本高等缺點。生物制氫反應條件溫和，能將制氫與廢棄物利用相結合，耗能低、污染少，因此受到國內外眾多研究者的廣泛關注。光合細菌制氫與其他生物制氫方法相比能量利用率高，能將產氫與光能利用、有機物的去除有機地耦合在一起，產氫不放氧、純度高，是一種較具發展潛力的生物制氫方式。

光合細菌產氫過程中產物(H₂)的形成與細胞生長不相關，屬于非生長偶聯型。因此，光合細菌制氫可以分為菌種培養和發酵產氫兩個階段。現有的光合細菌制氫方法將菌種的培養和產氫相分離，菌體培養階段雖然可以實現菌種的連續培養，但產氫發酵階段只能實現分批或半連續發酵產氫，菌體培養與菌體產氫不能有機結合，產氣量小，產氣不穩定，產氣速率低，產氣中氫氣含量變化較大，限制著光合細菌制氫的進一步應用與發展。將菌體培養和菌體產氫相結合實現光合細菌連續產氫還未見相關報道。

發明內容

為克服現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種工藝簡單、操作簡便的光合細菌連續制氫的方法。同時，本發明也提供了實現光合細菌連續制氫方法的裝置，本發明方法聯合本發明裝置，產氫不僅高效而且穩定。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種光合細菌連續制氫的方法：所述方法為分步法光合細菌連續制氫，包括菌體培養和發酵產氫兩個階段：光合細菌及其生長培養基經過增殖培養后，當培養后的菌體濃度OD_660nm達到1.5～2.0時，按體積計，1/10～3/10菌液總量的菌液通過回流與光合細菌生長培養基混合重新進行增殖培養，而其余菌液則與產氫底物混合后再進行發酵產氫。

一種實現所述光合細菌連續制氫方法的裝置：所述裝置由依次串連的菌體培養箱、菌料混合箱和光合產氫反應器三部分組成，菌體培養箱設有光合細菌及其生長培養基注入口，菌體培養箱的出料口還設有菌液回流管路，菌液回流管路返回與光合細菌及其生長培養基注入口相連，菌料混合箱設有產氫底物注入口，光合產氫反應器設有出氣口。菌體培養箱的作用在于：采用連續培養裝置，為光合產氫反應器提供連續穩定的菌體供應。菌料混合箱的作用在于：將培養到處于對數增殖期的菌體與產氫底物進行充分混合，盡可能減少空氣引入對菌體造成的抑制，并完成對混合菌液的酸堿度pH值進行調整，保證菌液pH值在6.8～7.2范圍之內。光合產氫反應器的作用在于：為光合細菌的產氫提供所需要的光照、溫度外界條件，使光合細菌將底物發酵轉化為氫氣，為了提高產氫量，也可以在此增加攪拌。本發明中，混合菌液的酸堿度pH值、光照、溫度均按本領域的常規方法進行調節。

菌體培養箱、菌料混合箱和光合產氫反應器分別作為獨立的部分而依次串連。

菌體培養箱、菌料混合箱和光合產氫反應器作為一個整體存在，將整體的內部空間隔離成三個空間依次作為菌體培養箱、菌料混合箱和光合產氫反應器。

沿水平方向，將整體的內部空間隔離成相通的或各自獨立封閉的三個空間，其中可通過至少兩塊交錯的隔板將整體空間隔離成相通的三個空間；其中，整體優選為棱柱、圓柱或扇形柱，較好地為長方體。

沿垂直方向，由下至上將整體的內部空間隔離成各自獨立封閉的三個空間；其中，整體優選為棱柱、圓柱或扇形柱，較好地為長方體。

整體為圓柱或扇形柱，以半徑繞軸旋轉將整體的內部空間隔離成各相通的或各自獨立封閉的三個空間，三者垂直并列，其中可通過至少兩塊交錯的隔板將整體空間隔離成相通的三個空間。

產氫底物注入口為一個兩端帶密封閥而中空的腔體結構，進料前關閉下閥門、打開上閥門將料加入中空的腔體內部，進料時將上閥門關閉打開下閥門使料進入菌料混合箱。

菌體培養箱、菌料混合箱和光合產氫反應器均設有排污口。

在培養箱和光合產氫反應器的內部或外部均布置有照明裝置和溫度調節裝置。