[發(fā)明專利]一種提高HAU-M1光合菌群利用玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010064821.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN110951819B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路朝陽;張全國;胡建軍;王毅;荊艷艷;賀超;金鵬;劉澤先;張學(xué)婷;岳田
• 申請（專利權(quán)）人: 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C12P39/00
• 分類號: C12P39/00;C12P3/00;C12R1/38;C12R1/01
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 付艷麗

本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵生物制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高HAU?M1光合菌群利用玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫的方法。本發(fā)明的方法將經(jīng)過纖維素降解后的玉米秸稈作為產(chǎn)氫底物，通過添加催化劑來促進(jìn)HAU?M1光合菌群高效產(chǎn)氫，本發(fā)明實驗通過添加不同濃度的活性炭、硅藻土和沸石改變了玉米秸稈光合生物制氫過程中的發(fā)酵途徑，顯著提高了光合產(chǎn)氫量。其中，硅藻土顯著提高了玉米秸稈光合產(chǎn)氫效果，比產(chǎn)氫量相比對照組提高了15.93%；沸石顯著降低了反應(yīng)液中丙酸的濃度，改變了玉米秸稈光發(fā)酵途徑，比產(chǎn)氫量相比對照組提高了33.33%。本發(fā)明設(shè)計合理、步驟清晰、簡單易行，能夠提高光合菌群HAU?M1利用玉米秸稈的產(chǎn)氫效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵生物制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高HAU-M1光合菌群利用玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫的方法。

背景技術(shù)

氫氣是一種熱值高、清潔的能源，它在眾多領(lǐng)域具有重要的作用。生物制氫相對于傳統(tǒng)的工業(yè)制氫更具有更好的前景，它不需要消耗大量的不可再生資源，不會產(chǎn)生大量的溫室氣體，并且可以降解農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物、食品加工廠污水、畜禽糞便等污染物。生物制氫主要有暗發(fā)酵和光發(fā)酵兩種方式。光發(fā)酵制氫相比較于暗發(fā)酵生物制氫具有產(chǎn)氫速率穩(wěn)定、產(chǎn)氫周期長、底物轉(zhuǎn)化效率高等諸多優(yōu)點。前人已經(jīng)對光合生物制氫進(jìn)行了大量的研究，例如溫度、pH值、光照度、纖維素濃度、接種量、菌落培養(yǎng)等單因素和各單因素交互影響以及多因素優(yōu)化也有大量的研究。

但是在光合生物制氫實驗中，依然存在諸多問題，最主要的就是光合細(xì)菌的代謝途徑不穩(wěn)定，這就導(dǎo)致了能量轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)液酸化嚴(yán)重等問題。光合生物制氫反應(yīng)液中存在大量的可溶性揮發(fā)性脂肪酸，其中主要包括乙酸、丙酸和丁酸。在光合細(xì)菌不同的代謝途徑中，在乙酸和丁酸代謝途徑中1 mol葡萄糖分別可以產(chǎn)生4 mol H₂和2 mol H₂，而丁酸代謝途徑中，1 mol葡萄糖會消耗2 mol H₂。不能控制光合產(chǎn)氫的代謝途徑就會造成產(chǎn)氫速率的低下和資源的浪費。

如果能實現(xiàn)光合生物制氫過程中光合細(xì)菌的定向代謝將會大幅度提高光合產(chǎn)氫性能。實驗通過在反應(yīng)液中添加催化劑，包括活性炭、硅藻土、沸石等，以探究催化劑對光合產(chǎn)氫性能的影響。活性炭是經(jīng)過特殊處理的炭，活性炭與硅藻土均具有孔隙發(fā)達(dá)、比表面積大、表面化學(xué)基團(tuán)多、吸附性能強(qiáng)的特點，活性炭可以吸附暗發(fā)酵生物制氫反應(yīng)液中的糠醛、香草醛等有害物質(zhì)，從而提高產(chǎn)氫量，活性炭還可以作為細(xì)菌固定化的纖維載體，以提高產(chǎn)氫性能，除此之外，活性炭還被廣泛地應(yīng)用在催化甲烷分解制氫以及催化微生物電解槽產(chǎn)氫中。沸石對金屬離子、污染物等有一定的吸附性，沸石可以去除暗/光聯(lián)合生物制氫過程中暗發(fā)酵廢水中的銨離子，從而提高產(chǎn)氫量。除了提高產(chǎn)氫量以外，光合制氫催化劑還有其他用途，例如在光合生物制氫過程中可以吸附反應(yīng)液中的懸浮物從而提高反應(yīng)液的透光度，吸附反應(yīng)液中的揮發(fā)性脂肪酸從而緩沖反應(yīng)液的酸堿度變化速率，吸附反應(yīng)液中的有害離子從而減少有害離子對光合細(xì)菌的危害，保持產(chǎn)氫的穩(wěn)定性。

本文以HAU-M1光合菌群為產(chǎn)氫細(xì)菌，以玉米秸稈為產(chǎn)氫底物，以產(chǎn)氣速率、氫氣濃度、pH值、還原糖濃度、揮發(fā)性脂肪酸等參數(shù)為考核指標(biāo)，研究了催化劑對改變光合生物制氫代謝途徑的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對特定的HAU-M1光合菌群，提供了一種將經(jīng)過纖維素降解后的玉米秸稈作為產(chǎn)氫底物，通過添加催化劑來促進(jìn)HAU-M1光合菌群高效產(chǎn)氫的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種提高HAU-M1光合菌群利用玉米秸稈發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，包括如下步驟：

（1）玉米秸稈的前處理：將玉米秸稈烘干，粉碎至80-100μm，備用；

（2）催化劑的前處理：將催化劑粉碎至80-100μm，然后將粉碎后的催化劑酸處理12-24 h，清洗后，備用；