[發(fā)明專利]一種綠藻光解水制氫的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210126020.4
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN102676586A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭榮波;王環(huán)宇;范曉蕾;張彥婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/89
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理和清潔能源開發(fā)領(lǐng)域，具體的說是一種低光強和復(fù)雜培養(yǎng)基條件下綠藻光解水制氫的方法。

背景技術(shù)

氫氣是一種清潔的能源載體，燃燒時只生成水，燃燒值很高，約為汽油的3倍且不產(chǎn)生任何污染物。如果將氫能轉(zhuǎn)化為動力，熱效率比常規(guī)石化能源高30％-60％。另外，太陽能、風能、水利、地熱等都能轉(zhuǎn)化為氫能。預(yù)計到21世紀末，氫能將供應(yīng)全球多于75％的能源需求，成為能源消費市場的主流能源。然而目前面臨的一個很大的問題是如何獲得廉價的氫氣。盡管在人類生存的地球氫是最豐富的元素，但是天然存在氫氣卻極少。在自然界中，最豐富的含氫物質(zhì)是水(H₂O)，其次就是各種礦物燃料(煤、石油、天然氣等)及各種生物質(zhì)。所以如果要開發(fā)利用這種理想的清潔能源，必須首先開發(fā)氫源，即研究開發(fā)各種制氫方法。

與傳統(tǒng)制氫方式相比，綠藻可以光解水產(chǎn)生氫氣近年來受到了廣泛的關(guān)注。然而由于綠藻生物制氫成本偏高，迄今為止，國際上尚未在其制氫產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)發(fā)展方面取得突破。若使綠藻生物制氫真正成為一種替代能源，降低綠藻生產(chǎn)及產(chǎn)氫成本至關(guān)重要。另外，綠藻直接光解水制氫技術(shù)在產(chǎn)生氫氣的同時產(chǎn)生氧氣，隨著氣相氧分壓逐漸加大，氫化酶逐漸失活，產(chǎn)氫停止，不能實現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模制氫。所以目前的綠藻產(chǎn)氫的研究大部分集中解決在產(chǎn)氫過程的氧抑制問題上。目前主要的產(chǎn)氫方法包括外加光系統(tǒng)II抑制劑和培養(yǎng)基缺硫的產(chǎn)氫方法。加入光系統(tǒng)II抑制劑雖然可以抑制綠藻釋放氧氣，但可能會導(dǎo)致細胞短時期內(nèi)死亡，不適合大規(guī)模經(jīng)濟地制造氫氣。另一種產(chǎn)氫方法是將培養(yǎng)成熟的綠藻收集后，懸浮于不含硫元素的培養(yǎng)基中，無硫培養(yǎng)導(dǎo)致綠藻放氧能力的降低，當綠藻光合放氧速率降低至其呼吸速率以下時，綠藻產(chǎn)氫體系就會自發(fā)達到厭氧，產(chǎn)氫就可以產(chǎn)生。然而這種產(chǎn)氫方法的弊端也較為明顯：綠藻需要收集，且當前并沒有合適的方法，例如離心收集需要耗費電力，投入和設(shè)備成本都較高，并且將培養(yǎng)基中的硫元素去除同樣會大幅提高綠藻制氫的成本。所以若使綠藻產(chǎn)氫大規(guī)模化必須開發(fā)正常條件下(有硫)產(chǎn)氫方法和非外加光系統(tǒng)II抑制劑的產(chǎn)氫方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種低光強和復(fù)雜培養(yǎng)基條件下綠藻光解水制氫的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種綠藻光解水制氫的方法，綠藻在廢水中輔以二氧化碳培養(yǎng)至對數(shù)生長期，然后添加乙酸鈉，并在厭氧條件下經(jīng)6-12小時的暗誘導(dǎo)后，再放置于低光強下產(chǎn)氫，即得到綠藻光解水產(chǎn)氫。

具體為：

1)綠藻的培養(yǎng)：將綠藻接種于廢水中(接種終濃度為光密度值OD₇₅₀＝0.1)，在100-200μE/m²·s光照強度下馴化20-24h，馴化后通入二氧化碳和氮氣的混合氣體，(混合氣體通入量為0.1L/min，二氧化碳和氮氣的混合氣體為2％(體積百分比)和98％氮氣混合氣)，培養(yǎng)至綠藻進入對數(shù)生長末期停止生長，此時藻液的光密度值OD750為1.5-2.0；

其中，綠藻接種密度為光密度值OD₇₅₀＝0.1；

2)綠藻產(chǎn)氫：向上述藻液中添加乙酸鈉并在厭氧條件下暗誘導(dǎo)，暗誘導(dǎo)后將藻液置于30-40μE/m²·s光照強度下產(chǎn)氫。

其中，上述培養(yǎng)至綠藻進入對數(shù)生長末期藻液終濃度為OD₇₅₀＝1.5-2.0時向藻液中添加終濃度為30-40mmol/L的乙酸鈉。

所述廢水可為厭氧發(fā)酵后的殘余廢液或生活污水。

所述廢水為沼液，應(yīng)去除其中的固體顆粒后，每升沼液中添加10-15g的活性炭攪拌24-30h后經(jīng)過濾，取上清液，而后將上清液用水稀釋為上清液濃度的25％-100％，經(jīng)滅菌處理后，待用。而所述廢水為生活污水時由于其色度低，僅需簡易離心去除固體顆粒，經(jīng)滅菌處理后，待用。

所述綠藻產(chǎn)氫時直接在培養(yǎng)至進入對數(shù)生長末期停止生長的藻液中加入乙酸鈉，密封，然后對藻液上空抽真空并充氮氣至氣壓平衡，重復(fù)操作使反應(yīng)器達到厭氧，然后將藻細胞暗處放置誘導(dǎo)氫化酶活性，然后放置于30-40μE/m²·s光照強度下產(chǎn)氫。

所述綠藻為綠藻門的小球藻(Chlorella)、柵藻(Scenedesmus)或衣藻(Chlamydomonas)。

在低光強的條件下產(chǎn)氫。低光強的標準在于在這種光強下綠藻釋放的氧氣不會對產(chǎn)氫產(chǎn)生抑制。