一、Comparative analysis of hydrogen-producing bacteria and its immobilized cells for characteristics of hydrogen production(论文文献综述)
黄正恒[1](2020)在《木薯酒精的能源梯级利用工艺研究》文中研究说明木薯是一种良好的乙醇发酵原料,在经过了乙醇发酵后,其剩余副产物可利用沼气厌氧消化技术进行处理,之后剩余沼肥进行还田处理,以上过程中木薯酒精所含有的能量经过了逐级利用,产生的乙醇和沼气均为可再生清洁能源,乙醇可作为汽油添加剂用于替代部分汽油,乙醇制备过程中的能耗可由沼气提供,沼肥可替代化肥作为还田能源,可以促进农作物的生长,同时减少化肥对土壤的危害,使所有环节中产生的副产物能合理高效的利用,体现出木薯酒精的能源梯级利用方式。本文以木薯为原料,首先进行了乙醇发酵制备实验,采用传统双酶法,发酵温度为30℃,发酵时间为12d,发酵结束后用燃料乙醇实验室定制的中试设备进行蒸馏提取酒精,最终得到1.61.7L酒精度为47.5%的酒精蒸馏液,平均出酒率为39.18%;其次,将乙醇制备实验过程中所产生的酒精废醪液进行固液分离,得到相应的木薯酒精废水和废渣。酒精废水采用UASB高效厌氧反应器进行处理,实验过程中保持固定的HRT,逐渐提升进水COD浓度,所产生的气体中甲烷含量最高可达到75.4601%,平均甲烷含量为60.08%。酒精废渣采用批量式厌氧沼气发酵方法进行处理,分别在室温(20℃)条件下和中温37℃条件下进行试验,实验结果表明,木薯酒精废渣是一种良好的产沼气原料,在中温37℃条件下处理效果更好;最后,对经过沼气厌氧消化后的剩余物进行沼肥化处理,将沼肥与化肥分别施加到白菜作物生长的土壤中,并定时监测土壤N、P、K的变化、作物生长过程中的动态变化和作物生长结束后的品质,结果表明,沼肥能有效增加土壤肥效,对作物生长过程中的影响效果优于化肥,可进行沼肥还田处理。
陈坤,诸葛丽婷,杜钦青,许青青,郑土才[2](2016)在《有机废物规模化产氢关键科学问题及其研究进展》文中认为利用有机废物生物产氢具有反应条件温和、可实现废物资源化及可持续发展等优点,是世界各国竞相开发的高新技术。但目前生物产氢效率低,达不到低成本、规模化的生产水平。本文从生物产氢的过程、基质、接种物及反应器等方面出发,论述了目前国内外生物产氢的研究进展,提出规模化生物产氢系统构建过程亟待解决的关键问题。
崔庆芬[3](2014)在《产氢光发酵细菌的选育及光发酵最佳产氢模式的确定》文中研究表明日益严重的环境污染问题和能源短缺问题迫使人类不得不寻求新型能源。氢气作为“绿色能源”受到大家广泛关注。光发酵产氢在产生氢气的同时还可利用有机废水,是一种理想的产氢方式。但是由于产氢效率较低,目前光发酵制氢还未实现大规模生产。本研究通过筛选高效光发酵产氢细菌和设计运行新型圆盘式光发酵产氢反应器,优化光发酵细菌的产氢特性,探讨反应器的运行模式并对其关键参数进行优化,建立有效的连续流和半连续流产氢调控对策,为实现光发酵产氢的工业化生产提供理论指导。从反应器污泥中筛选分离获得一株高效光发酵细菌菌株A7,经细胞形态检测、脂肪酸成分分析、分子生物学鉴定和系统进化树分析,其与Rhodopseudomonaspalustris strain ATCC17001的相似性最高为97%,将其鉴定其为沼泽红假单胞属的一个新种,命名为A7。采用分批培养实验对其生长和产氢条件进行了优化,其最佳生长和产氢条件为初始pH7.0,温度35℃,光照强度150W/m2,接种量10%,接种菌龄14h,乙酸钠60mmol/L,谷氨酸钠15mmol/L,氢气产量达159mL氢气/60mL培养基。针对现有光发酵产氢反应器光能转化效率低的问题,设计并运行了圆盘式光发酵产氢反应器,优化了反应器运行的主要参数。连续流运行时,在HRT为2d、补料时间4d时获得最佳产氢效果,比产氢率和产氢速率分别为2.68mol氢气/mol乙酸和17.9mL/L/h。半连续流运行时,在初次补料时间4d、间隔补料时间1d、补料量40%最佳条件下获得最大比产氢率3.22mol氢气/mol乙酸,最大产氢速率30mL/L/h。根据圆盘式光发酵产氢反应器的运行效果,计算了其光能转化效率,连续流运行产氢的光能转化率为1.6%,半连续流运行产氢时光能转化效率为1.9%,光能转化效率高于大部分现在已存在的光发酵产氢反应器,主要是由于反应器具有较好的搅拌系统、温度控制系统和相对较大的光照面积。对不同的产氢模式进行了比较分析。结果认为:半连续流产氢模式是最佳的光发酵产氢运行模式。主要原因是半连续流产氢同其它模式相比,生物流失少,系统稳定性好,操作易于控制。
宋朝霞[4](2014)在《秸秆类生物质暗发酵产氢关键参数优化及其机理研究》文中认为氢能因其具有高效、清洁、无污染的特点被公认为最具发展前景的能源之一。在诸多的制氢方法中,生物制氢因其能够在常温常压下操作而备受关注。与光合制氢相比,暗发酵制氢具有产氢速率高、不依赖光照、设备简单、易操作、能够实现废弃生物质资源化等特点而最具产业化前景。目前,该技术普遍存在产氢率低、发酵底物成本高等问题,成为制约暗发酵制氢产业化的主要技术瓶颈。基于此,本文在探寻天然菌源预处理方法的基础上,从高效生物制氢反应器中分离、筛选得到一株底物利用范围广的高效兼性厌氧菌,对其产氢特性进行了研究,并从生化工程的角度对其中的NADH产氢途径进行调控;之后,从降低运行成本的角度,筛选分离在中温条件下能够直接利用未经过预处理的秸秆类生物质高效发酵产氢的微生物,进行菌种鉴定及相关的产氢特性研究。具体内容如下:1.探寻新的菌源预处理方式。系统考察了微波辐射预处理对混合菌源产氢性能的综合影响。结果显示:采用微波辐射对牛粪堆肥进行预处理,能够有效抑制或杀灭嗜氢菌,而保留产氢菌的活性。以20g/L酸解玉米秸秆为底物,利用微波辐射1.5min预处理的牛粪堆肥为菌源,在Na2CO3添加量800mg/L,Fe添加量400mg/L时,产氢量最大,达到144.3ml/g。与其它菌源预处理方式相比,该方法操作安全简单,能耗低,耗时少,且菌源产氢能力更高。通过AFM,蛋白浓度测定和PCR-DGGE技术研究了微波辐射作用机理在于:微波辐射能够对菌源中微生物细胞壁造成不同程度的损伤和破坏,进而影响微生物细胞的通透性;此外,微波还能对微生物的基因组DNA造成不同程度的损伤,由此导致对微波辐射敏感的嗜氢菌的失活或杀灭;而主要的产氢菌形成的芽孢具有极强的耐辐射和耐热能力,短时的微波辐射不会对其造成损伤,产氢菌的活性得以保持。2.从生物制氢反应器中分离得到一株高效兼性厌氧产氢菌。首先对其进行形态学特征及生理生化特性研究,结合菌株16S rDNA序列分析,确定该菌株的种属分类。对菌株产氢特性进行研究:菌株Bacillus sp. FS2011能利用多种碳、氮源产氢。以葡萄糖为底物时,最大产氢量为2.26mol/mol。发酵液的初始pH和培养温度对菌株产氢活性有影响,初始pH6.98、35℃为该菌种发酵产氢较为适宜的条件。在单因素实验的基础上,采用Plackett-Burman试验设计法及响应面分析法对菌株Bacillus sp. FS2011发酵产氢条件进行优化。首先采用Plackett-Burman试验设计法筛选出影响菌株产氢的主要因素:葡萄糖浓度、牛肉膏浓度和磷酸缓冲液浓度。在此基础上,利用最陡爬坡路径大致确定最大响应区域,最后利用Box-Behnken试验设计及响应面法进行回归分析。结果表明,三个主要因素的浓度变化显着影响氢气产量。通过求解回归方程,确定最优产氢条件:当葡萄糖浓度13.52g/L,牛肉膏浓度1.95g/L,磷酸缓冲液浓度19.36mmol/L时,氢气产量达到理论最大值3079.0ml/L,实际产氢量达到3081.2ml/L。3.对Bacillus sp. FS2011中NADH产氢途径进行强化。首先,在培养基中使用与葡萄糖结构类似,氧化还原状态不同的底物作为碳源进行发酵产氢试验,确定FS2011胞内存在NADH产氢途径。采用丙酮酸脱氢酶系E1抑制剂对菌源产氢过程进行干涉,以期能够充分发挥NADH产氢途径的作用。首先考察了抑制剂浓度对兼性厌氧纯菌和混合菌源发酵产氢量的影响。之后,考察了特定浓度抑制剂的添加对兼性厌氧纯菌和混合菌源产氢性能的综合影响。结果发现,添加适量的抑制剂能够有效提高发酵体系的氢气产量,同时降低体系中乙酸和丁酸等副产物的生成,降低了后续发酵废水的处理难度。4.从利用生玉米秸秆驯化的生物制氢反应器中分离得到一株能够在中温条件下,不经过底物预处理,高效利用生玉米秸秆发酵产氢的细菌。根据其形态学特征及生理生化特性,并结合菌株16S rDNA序列分析,确定菌株FS3的种属分类。菌株Clostridium sp. FS3能利用多种碳源产氢。以生玉米秸秆和酸解秸秆为底物时,产氢量分别为73.1和75.3ml/g-cornstalk,初步判断该菌株能够直接利用秸秆中的半纤维素产氢。在单因素实验的基础上,采用响应面分析法对Clostridium sp. FS3发酵产氢培养基进行优化。利用Box-Behnken试验设计及响应面分析法进行回归分析。结果表明,碳酸氢铵、磷酸二氢钾和营养液的浓度变化能够显着影响氢气产量,通过求解回归方程得到如下结论:当生玉米秸秆浓度20g/L,碳酸氢铵浓度1.76g/L,磷酸二氢钾浓度0.91g/L,营养液的添加量为10.4ml/L时,氢气产量达到理论最大值94.1ml/g,实际产氢量达到92.9ml/g。Clostridium sp. FS3作为能够在中温条件下直接利用纤维素类生物质发酵产氢的优良菌种,在生物制氢中有较好的应用前景。
赫倚风[5](2014)在《产气肠杆菌暗发酵及其与光合细菌联合制氢工艺研究》文中研究指明生物发酵制氢技术有着广阔的发展前景,然而就现阶段来说,无论是暗发酵制氢技术还是光合发酵制氢技术均存在各自的不足和局限。能量转化效率低,制氢成本高,极大地制约了生物制氢,尤其是以农作物秸秆等纤维素类生物质能为原料的生物发酵制氢技术的发展潜力;我国的秸秆等生物质来源广泛,资源丰富,却不能直接用于发酵产氢,必须经过高成本的酶解或结合其他理化方法的预处理之后才能产氢,这是是秸秆等纤维素类生物质产氢经济性的重要制约因素。而通过选定高效产氢菌株,结合暗发酵和光合制氢两种制氢技术各自的工艺优点,得到一系列最优工艺参数,以提高生物制氢技术的产气速率和氢气转化率,将能够为打破纤维素类生物质产氢局限,得到可以经济高效型产氢的组合微生物,及对应配套的工艺条件,为生物制氢技术从理论研究向产业化应用转变提供助力。本论文是在国家自然科学基金项目“生物质多相流光合产氢过程调控机理及光热传输特性研究(编号:51376056)”的资助下完成。选择高效暗发酵菌株产气肠杆菌(Enterobacteraerogenes)和本课题组筛选保藏的HAU-M1高效光合细菌作为产氢菌种,进行暗发酵和光发酵的联合制氢技术研究。通过对产气肠杆菌进行富集培养,在得到了其基本的生长规律和最适发酵条件后用于发酵产氢,以总产氢量和产氢速率作为主要的评价指标,优化了产气肠杆菌利用葡萄糖暗发酵产氢的工艺参数;并对其发酵反应液中的挥发性脂肪酸成分进行了液相分析;分灭菌和不灭菌两种处理方式,通过一系列的前处理后,继续用于光合制氢;分析暗发酵反应液以及产气肠杆菌活菌菌体对光合细菌发酵产氢的影响;并进一步研究产气肠杆菌与光合细菌之间的生物加强作用;同时对产气肠杆菌利用不同前处理条件下的玉米秸秆的发酵产氢能力进行了比较分析。结果表明:(1)有机态氮存在的条件下,最适于产气肠杆菌的生长繁殖,可以在第28小时开始到达对数期。产气肠杆菌在纯培养条件下具有很好的的耐酸性,耐酸范围在pH7至pH4.5之间,这对连续产氢过程非常有利;不同工艺条件下产气肠杆菌的发酵产氢的周期差别较大,在68h至156h之间;产气肠杆菌发酵产氢周期可达最短为68h的最优化发酵工艺条件为温度35℃、pH值6.5、碳氮质量比3,其氢气产率为261.5ml/g G、氢气转化率为2.1molH2/mol G。(2)产气肠杆菌暗发酵残液主要为甲酸、乙醇和乙酸等,丁酸的含量较少,这对后续光合细菌的利用有利。光合产氢结束后乙酸量大大降低,说明光合细菌优先利用的小分子酸主要是乙酸。灭菌处理发酵残液进一步用于联合光合的产氢的实验表明,发酵残液的加入对产氢量的提高有益,总产气量和产氢量均随着发酵残液加入量的增加而增加;未经灭菌处理发酵液的加入对产氢量的影响则是:低添加量时,总产气量和产氢量随着发酵残液加入量的增加而增加。但当其添加量提高到50%时,产气量反而减少。灭菌之后的暗发酵反应液对产氢系统的动态pH值有一定的影响,普遍降低0.7左右;加入含有产气肠杆菌活菌菌体发酵残液的实验组,由于产气肠杆菌的代谢以及小分子酸的增加,使其pH值降低2.2左右,随着后续产氢反应的进行,乙酸等逐渐被分解代谢掉,pH值又逐渐回升,至6.0左右。(3)产气肠杆菌的生物加强作用研究表明,加强组A的产氢延迟期缩短,12h后即开始产气,发酵周期也缩短至5.5d,产氢速率快,所产气体中氢气的百分含量提高,达到51%,随后随着碳源和酸碱环境的改变,以及菌体的老化而终止。产气量相对于光合对照组提高了20.3%,氢气产量提高了49.6%。加强组B的发酵周期短至4.0d,这主要是由于碳源的耗尽,而终止了产氢。加强组B作为加强组A组的二分之一碳源对照,与加强组A相比,其的总产气量并不是同比例少了一半,而是相对于A组的一半提高了30.5%,氢气产量提高了28.0%。说明低碳源浓度对产气肠杆菌和光合细菌的生物加强作用有利。(4)产气肠杆菌对玉米秸秆有一定的直接利用能力,但其利用效率不高,利用能力有限。相对来说,经过预混处理和酶解处理的玉米秸秆具有更好的产氢效果,其总产气量和总产氢量均高于未处理组,以酶解处理效果最好;但产气肠杆菌利用酶解后秸秆所得到的总产气量比利用当量葡萄糖的总产气量稍少,但利用酶解秸秆所产生的气体中,氢气的比重远低于葡萄糖组。
杜金宇[6](2013)在《太阳能光合生物连续产氢自控系统与装置研究》文中研究说明本论文是在国家自然科学基金项目“超微化秸秆类生物质光合连续产氢过程及代谢热研究”(项目编号:50976029)和国家“863”计划项目“生物制氢关键技术研究及示范”(项目编号:2012AA051502)的资助下完成的。能源是社会经济持续发展的重要物质基础。当前在面临能源紧张和环境污染两大危机下,开发绿色清洁型能源,建立新的可再生能源开发利用体系,为人类创造一个良好的生存环境是社会进步的必然选择。氢能作为一种环境友好型的清洁能源,受到世界各个国家的高度关注。而生物制氢既可以利用有机废弃物作为原料减少环境污染,又能获取洁净的氢能,已成为制取氢气的重要途径之一。尤其是高效利用太阳能的光合生物制氢技术能实现有机废弃物的清洁化能量高效转换,具有广阔的发展潜力。但太阳能光合生物制氢对温度、酸碱度、光照强度等环境因素要求较高,研究设计环境因素可控的自控系统与装置实现光合产氢过程的稳定、连续、高效进行,对于光合生物制氢技术的产业化、规模化具有重要的意义。本文结合光合生物制氢工艺过程的影响因素分析,将自动控制技术应用到太阳能光合生物连续制氢系统中,依据工艺技术流程要求建立反应装置的可控参数体系,实现光合生物产氢过程的自动连续化检测与调控,保证光合微生物在最佳的生长环境条件下稳定高效产氢,为太阳能光合生物连续制氢技术的研究与开发提供可靠的基础数据和实验平台。主要研究结果:1.针对光合生物制氢的环境因素分析及产氢反应器的特点,结合过程自动控制技术,建立一个自动化的太阳能光合生物连续产氢试验平台,为深入研究其运行规律提供设备条件。系统采用单片机开发技术,成本低,可实时显示,方便在线实时测试。一方面可以通过单片机键盘或者软件设定变量的预想值,经控制器判断进行调控,满足不同的测试条件,增强系统的实用性;另一方面能够对单个控制参数提前进行在线调试,确定其可行性,大大减少了系统设计的重复性和复杂性。控制设备具有人工和自动两种工作模式,而且具备自动操纵、自动调整和自动保护功能,保障产氢过程的可靠性和连续性。系统结构上采用模块化设计及冗余优化处理,不仅保证每个子系统相对独立,一个系统瘫痪不会影响其它系统的运行,而且预留接口方便进行功能扩充和数据移植。2.运用太阳能热交换温度补偿的方式,制定基于数学模型的在线自适应控制算法,采用PT100铂电阻三线制桥接方法检测反应器的温度参数,由单片机PID控制方式实现了整体系统温度自动化的调控。温度补偿采用的是太阳能热水直接加热和光伏电辅助加热相结合的模式,不需外部能源,连续运行成本较低。3.PH控制系统中合理设计了自搅拌功能的碱液分配器,建立了自控模型,利用双回路PID模糊控制规则对PH调控的非线性进行了优化,使PH值保持在适宜范围内。设计的流量控制系统可在并联“短路径”模式下使流量保持在0.072m3/h,在串联“长路径”模式下使流量保持在0.144m3/h左右,两种模式均能满足最佳滞留时间的运行要求。4.针对室外聚光器内冷却光导纤维的直角导管设计了液位开关,当水分自然蒸发后,自动进行换水,既减少了温度过热对光纤的烧灼,又避免了导管的混蚀影响透光性。同时针对反应器长时间运行后供光管表面出现的附着物遮光现象,设置光敏电阻起到自动预警作用,提示需要人工拆卸清洗。5.通过太阳能光合生物连续产氢自控装置的运行试验表明:各个系统功能齐备,调控良好,达到了设计目标和稳定运行要求。从产氢情况分析,温度因素的提升率最大,达到了10-15%;PH因素的提升率次之,在8-10%之间;而流量因素的提升率较小,只有3-5%。这说明在太阳能光合连续产氢过程中,保持适宜的温度是提高产氢量的重要条件。而流量不是主要的考虑因素,只要能保持最佳的水力滞留时间即可。太阳能光合生物连续产氢自控装置在经系统调控的30±2℃温度、7±1PH、36h水力滞留时间的环境下,连续运行40天,工作状态稳定,且对太阳能光合生物连续产氢量的提升率达到了20-30%,产氢效率的提升率达到20%,起到了明显的促进作用,为太阳能光合生物连续制氢技术的进一步研究与开发提供了科学参考。
王磊,谢丽,罗刚,周琪[7](2012)在《反应器类型对生物厌氧发酵产氢的影响研究进展》文中研究指明利用有机废水或废弃物厌氧发酵制取氢气可以同时达到除废和产能的双重目的,是近年来生物质能的研究热点。产氢反应器的类型会影响反应器内产氢菌的数量和种类以及微生物与底物之间的传质作用,进而影响产氢系统的稳定性和产氢效果。对厌氧产氢悬浮细胞系统和固定化细胞系统(颗粒污泥、生物膜、微生物包埋体)保留生物量的效果进行了对比,总结了连续搅拌釜式反应器(CSTR)、厌氧序批反应器(AS-BR)、上流式厌氧污泥床(UASB)、膨胀颗粒污泥床(EGSB)、厌氧填充床、厌氧流化床(AFBR)以及复合生物反应器等不同反应器类型对厌氧产氢的影响,并提出了一些建议与展望,以期为以后的研究提供指导作用。
曹广丽[8](2010)在《高效利用玉米秸秆的产氢菌种及其产氢性能研究》文中指出随着能源危机、粮食短缺、环境污染等问题越来越严重,如何使废弃物无害化、资源化已成为世界性亟待解决的关键问题。秸秆是一种丰富的农业废弃物、因其具有充足的供应和低廉的价格,若利用微生物技术将其转化为氢气,既能降低产氢成本,又能使废弃物得到资源化,从清洁能源开发和废物利用的角度都具有极大的社会效益和经济效益。秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素构成,其中纤维素和半纤维素是可发酵性碳水化合物,可在微生物或酶的作用下将其转化为糖后再供微生物利用生成燃料氢气。但目前以秸秆为原料制备生物燃料研究中多数只强调对纤维素组分的转化利用,而半纤维素组分则作为废弃物处理,既造成环境污染,又造成资源浪费。同时,在纤维素物质转化过程中,纤维素酶解技术存在的主要障碍是纤维素酶活力较低、生产成本较高。针对目前制约秸秆木质纤维原料生物转化产氢研究中的主要技术瓶颈,本研究进行了戊糖发酵产氢菌和纤维素降解产氢菌的分离筛选,并分别考察了其利用半纤维素水解液和纤维素物质发酵产氢性能,同时结合预处理技术建立了玉米秸秆高效利用组合体系,论文取得主要研究成果如下:分离获得一株高效戊糖发酵产氢菌Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16,该菌在碳源浓度10g/L,温度60oC,初始pH 6.5条件下,利用葡萄糖和木糖的最大比产氢率和产氢速率分别为2.42mol H2/mol glucose、12.9mmol H2/L·h和2.19mol H2/mol xylose、10.7 mmol H2/L·h。同时探讨了该菌同步发酵葡萄糖木糖混合糖产氢代谢特性,研究表明菌株W16能同时利用葡萄糖和木糖发酵产氢,但葡萄糖的代谢速率快于木糖的代谢速率。预处理水解液中常见抑制物影响试验表明菌株W16具有较强的乙酸钠和酚类化合物香兰素的耐受能力,而对呋喃衍生物糠醛、羧甲基糠醛和酚类化合物紫丁香醛较敏感。利用响应曲面法优化玉米秸秆半纤维素稀酸水解条件,在酸浓度1.69%、处理时间117min最优水解条件下,玉米秸秆中半纤维素的脱除程度达80.5%,水解液中木糖、阿拉伯糖和葡萄糖含量分别为9.11g/L、1.85g/L和0.88g/L。半纤维素水解液产氢性能表明菌株W16能有效利用半纤维素水解液进行发酵产氢,水解液含有的乙酸糠醛等副产物没有对其产生抑制作用。建立了嗜热厌氧纤维素降解产氢菌的筛选方法,并获得了一株具有良好纤维素降解产氢能力的菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18。该菌能有效利用微晶纤维素、木聚糖、纤维素滤纸发酵产氢,也能利用未经处理的天然木质纤维原料玉米秸秆、稻草和玉米芯产氢。在碳源浓度为5g/L的微晶纤维素粉和玉米秸秆粉培养基中其产氢能力及对底物的降解率分别为44.5mmol/L(243.7ml/g-微晶纤维素)、8.45mmol/L(80.2ml/g-玉米秸秆)和81.9%、47.2%。纤维素酶学特性分析表明菌株M18所产纤维素酶为诱导酶,只有在纤维素类物质的诱导下才能产生,不同细胞组分酶活性检测表明其所产纤维素酶主要分布在细胞外。借助SEM、FTIR、XRD、13C-NMR、GC-MS分析手段及纤维素、半纤维素分解酶活测定全面、系统的解析了菌株M18对玉米秸秆的降解特性,得出了菌株M18诱导产酶的过程也是秸秆降解的过程,明确了其在秸秆降解过程中对纤维素和半纤维素的降解优势,并且半纤维素的降解优先于纤维素的降解,在降解过程中,纤维素分子内氢键发生断裂,纤维素结晶区和非结晶区都遭到破坏,纤维素和半纤维素在纤维素酶和半纤维素酶的作用下被降解成小分子物质后而被菌株M18直接利用并进一步发酵产生氢气,同时也表明木质素的存在是制约秸秆生物转化的主要障碍。针对秸秆中木质素的存在影响了菌株M18对纤维素和半纤维素的生物转化效率针,通过比较不同预处理方法的特点及作用机理,采用氢氧化钠预处理技术对玉米秸秆进行脱木素,预处理后得到纤维素固体残渣和碱溶半纤维素糖类水溶液两部分。利用戊糖发酵菌W16和纤维素降解菌M18各自优势将碱溶半纤维素糖类的回收利用与固体残渣中纤维素和半纤维素的氢气转化进行有机整合,从而实现了玉米秸秆的高效转化。与未经处理的玉米秸秆相比,其产氢量提高了36.8%。
马茜岚[9](2010)在《厌氧活性污泥中混合产氢菌群的富集及产氢特性的研究》文中认为氢气作为一种清洁能源引起人们普遍重视,而从厌氧活性污泥中富集混合菌群发酵产氢是未来主要研究方向。本文从富集产氢菌群出发,在优化产氢条件,微囊化培养混合产氢菌群等方面开展了有益的尝试,主要研究内容如下:为了富集产氢菌、去除耗氢菌,采用了热、酸、碱、三氯甲烷等四种方法来处理厌氧活性污泥。结果表明,三氯甲烷处理法在去除耗氢菌的同时,不可逆地杀灭了大量产氢菌;不同程度的热处理、酸处理和碱处理可有效调整菌群结构,富集产氢菌群。经121℃、8min热处理、pH=4酸处理、pH=10碱处理后,厌氧活性污泥中混合产氢菌群的氢气产率较对照组分别提高了216%、141%和128%。16SrRNA序列分析表明,热、酸或碱这三种简单的富集方法,构建了以肠杆菌属为优势菌种的混合产氢菌群。本文接着考察了初始pH值、发酵温度、接种量和不同糖源等生态因子对上述获得的混合产氢菌群的影响。结果表明,不同初始pH值对发酵体系的影响不大;温度会影响混合菌群的生长和代谢过程,37℃是最佳产氢发酵温度,在此温度下的氢气产率为1.18mol H2/mol glucose;10%的接种量较为适宜,此时的氢气产率、菌体浓度和底物利用率均较高。产氢菌群对糖源有一定偏好性,以不同糖源为底物的氢气产率由高到低分别是葡萄糖>果糖>半乳糖>木糖发,且10-20g/L的底物浓度较适合发酵产氢。最后,采用NaCS(硫酸纤维素钠Sodium cellulose sulfate)/PDMDAAC(聚二甲基二烯丙基氯化铵Ploy-dimethyl-dially-ammonium-chloride)微胶囊体系把混合产氢菌群固定于其中。固定化后氢气产量比游离细胞增长30%以上,菌体浓度从1.5g/L提高到3.2g/L。固定化细胞的最适发酵温度提高到40℃,最佳底物浓度为20g/L。在连续15批的摇瓶发酵中,微胶囊表现出良好的稳定性,囊内菌体浓度显着提高,氢气产率维持于1.73-1.81mol H2/mol glucose,发酵时间由48小时缩短至24小时,平均产氢速率提高了198.6%。同时还发现发酵产物中有较高比例的丁酸和乙酸,这对多产物联产、平衡碳源等具有积极意义。
牛坤[10](2010)在《Klebsiella pneumoniae ECU-15菌株暗发酵产氢过程分析及其利用木质纤维素水解液的实验研究》文中研究指明能源危机和环境污染等问题迫使人们寻找可以替代传统化石能源的新型清洁可再生能源。氢能因其自身的高转化效率及清洁、无污染等优点而被公认为最有发展前景的能源形式之一。常规的制氢方法有热化学法、电化学法及生物转化法,相比而言,生物制氢技术具有可在常温常压下操作,并能利用可再生生物废弃物等优点而备受关注。生物制氢主要包括光发酵制氢、暗发酵制氢及两者联合制氢等,其中暗发酵制氢具有产氢速度快,设备简单、易实施,以及可利用可再生资源和废弃物等特点而最具产业化前景。但是该技术存在微生物产氢得率低、发酵底物成本高等缺陷,成为限制暗发酵制氢工业化的主要技术瓶颈。针对上述问题,本文分别从产氢菌种、培养条件及发酵底物等方面进行了相关研究。首先,开展了高效产氢菌株的筛选、鉴定,及发酵产氢条件的优化等研究工作,了解了所筛菌株的基本产氢特性,并在此基础上考察了不同发酵条件对其产氢代谢途径的影响,以期为该菌株的分子生物学改造提供理论依据。其次,在上述优化条件下进行了木质纤维素水解液发酵产氢实验研究,考察了所筛菌株在木质纤维素水解液中的发酵产氢特性,并进一步分析了木质纤维素水解液中影响产氢得率的主要原因,为后续利用木质纤维素水解液进行暗发酵制氢过程的开发提供了必要的基础数据。本文以污水处理厂厌氧污泥为基质进行产氢菌种的筛选,通过初筛与复筛得到54株产氢菌株,最终选定氢气产量与产氢得率相对较高的三株细菌进行了鉴定。经形态学观察、生理生化特性实验及16S rRNA序列分析后,发现三株被鉴菌株均为克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae),将产氢效率最高的一株菌株命名为Klebsiella pneumoniae ECU-15,并进一步开展了后续实验研究。为了优化培养条件和培养基组分,首先对K.pneumoniae ECU-15菌株的产氢特性进行了考察。实验发现严格厌氧环境有利于提高产氢效率,其氢气产量比微好氧条件提高了17.97%。细胞生长与氢气合成的最佳温度均为37℃,细胞生长的最佳pH值为7.0,但产氢的最佳pH值为6.0。ECU-15菌株能够利用单糖、双糖等碳源为底物,而不能利用纤维素及淀粉等多糖,且葡萄糖最适于氢气的合成。产氢得率随初始葡萄糖浓度的提高而降低,当初始葡萄糖浓度为5g/L时产氢得率达到最大值(2.07mol/mol glucose)。单位体积的产氢速率则随初始葡萄糖浓度的增加而提高,当初始葡萄糖浓度为30g/L时产氢速率达到最大值482ml/(L·h)。然而,40g/L的初始葡萄糖浓度则会对细胞生长与氢气合成产生抑制作用。另外,实验结果表明磷酸盐缓冲液的最佳浓度为200mM,而金属离子的加入也能显着提高该微生物的产氢得率,添加300mg/L Fe2+可使产氢得率提高31.03%,120mg/L Mg2+可使产氢得率提高18.89%,35mg/L Ni2+可使产氢得率提高24.83%。通过数据拟合,发现Logistic方程能较好地描述菌体生长,修正的Gompertz方程也能较好地描述氢气合成与葡萄糖消耗过程。与其它产氢菌株相比,该菌株具有相对较高的体积产氢速率。为了进一步了解培养条件对微生物代谢产氢及吸氢途径的具体影响,本文利用各操作条件下获得的厌氧发酵代谢数据,并结合代谢通量分析(MFA)方法,对K. pneumoniaeECU-15菌株的厌氧产氢代谢通量进行了计算与分析,得到了温度、pH及初始葡萄糖浓度对胞内代谢途径整体通量分布的影响,特别是针对氢气合成与消耗途径流量的影响。研究结果表明,温度、pH和初始葡萄糖浓度均对该过程中的吸氢通量有较大影响,在26~37℃的温度范围内吸氢通量会随温度的升高而降低,而相对于中性或弱碱性发酵环境,弱酸性的pH环境也会降低吸氢通量,同时,限制葡萄糖底物浓度亦能降低吸氢通量,而有利于产氢发酵。上述各因素对产氢途径及相关节点流量分配的影响也不尽相同,温度升高,乙醇通量降低,说明乙醇脱氢酶活性降低,此时NADH出现大量残余,从而有利于通过NADH/NAD+平衡调节途径的产氢。而在pH≥7.0时,丙酮酸甲酸裂解酶系呈现较高通量,有利于甲酸裂解产氢。另外,初始葡萄糖浓度在底物限制的情况下也会提高甲酸裂解酶途径的产氢通量,有利于氢气的合成。就发酵制氢过程而言,发酵底物类型及其成本将是制约生物制氢实用化和工业化的主要因素,为此本文选择了来源丰富且廉价的木质纤维素水解液为底物进行了发酵制氢的实验研究。为了降低木质纤维素的生物学抗性,提高纤维素酶对木质纤维素的水解效率,本文首次采用纳米光催化辅助NaOH溶液的方法对水稻秸秆进行了预处理,结果表明在1.5% NaOH溶液中添加2g/L纳米Ti02,并经紫外光照射1h后,木质素的脱除率达到67.84%,半纤维素的脱除率达到53.03%,对预处理后的秸秆进行纤维素酶水解实验发现其酶解率达到73.96%,均高于高浓度碱液单独处理的效果。利用上述水解液发酵后得到0.78V/V的氢气产量,高于蒸汽爆破法预处理玉米秸秆酶解液的发酵产氢量(0.65V/V),但两者均显着低于以葡萄糖为底物的发酵产氢结果。为了探明木质纤维素水解液中降低产氢量的主要因素,本文通过实验对木质纤维素水解液的组成及其对微生物代谢产氢的影响进行了研究,发现木质纤维素水解液中影响微生物代谢产氢的关键组分为葡萄糖、木糖及纤维二糖,而降低水解液产氢效率的主要成分为木糖。然后,以一定比例的木糖和葡萄糖混合物为底物进行产氢发酵实验,结果说明K. pneumoniae ECU-15菌株对木糖的利用效率较低,虽然木糖的存在不会显着影响微生物对葡萄糖的利用率,但葡萄糖的代谢产氢途径则明显受到干扰,最终导致发酵产氢效率的降低。
二、Comparative analysis of hydrogen-producing bacteria and its immobilized cells for characteristics of hydrogen production(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Comparative analysis of hydrogen-producing bacteria and its immobilized cells for characteristics of hydrogen production(论文提纲范文)
(1)木薯酒精的能源梯级利用工艺研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 木薯作物的特性与利用方式 |
1.3 乙醇发酵技术 |
1.4 厌氧消化技术 |
1.5 酒精废醪液处理方式 |
1.5.1 酒精废水处理方式 |
1.5.2 酒糟常见处理方式 |
1.6 本文研究的主要内容及意义 |
第2章 木薯乙醇制备的实验研究 |
2.1 材料与方法 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验装置 |
2.1.3 实验设计 |
2.1.4 测定项目 |
2.2 结果分析与讨论 |
2.2.1 乙醇发酵前后的质量变化 |
2.2.2 发酵前后TS、VS、pH的变化 |
2.2.3 原料出酒率 |
2.3 木薯乙醇能源计算 |
2.3.1 乙醇生产过程中所消耗的能量 |
2.3.2 乙醇可替代的传统能源 |
2.4 本章小结 |
第3章 UASB厌氧反应器处理木薯酒精废水实验 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 实验装置 |
3.1.3 实验设计 |
3.1.4 测定项目 |
3.2 结果分析与讨论 |
3.2.1 日产气量、甲烷含量的变化情况 |
3.2.2 反应器进出水COD的变化情况 |
3.2.3 反应器进出水pH的变化情况 |
3.3 木薯酒精废液能源计算 |
3.3.1 木薯酒精废液处理过程中的能耗 |
3.3.2 沼气可替代的传统能源 |
3.4 本章小结 |
第4章 木薯酒精废渣厌氧发酵产沼气实验 |
4.1 材料与方法 |
4.1.1 实验材料 |
4.1.2 实验装置 |
4.1.3 实验设计 |
4.1.4 测定项目 |
4.2 结果分析与讨论 |
4.2.1 日产气量、甲烷含量的变化情况 |
4.2.2 发酵前后料液的TS、VS及 pH变化 |
4.2.3 产气速率分析 |
4.2.4 产气潜力分析 |
4.2.5 不同原料产气潜力比较分析 |
4.3 木薯酒精废渣能源计算 |
4.3.1 木薯酒精废渣处理过程中的能耗 |
4.3.2 沼气可替代的传统能源 |
4.4 本章小结 |
第5章 木薯酒精废渣厌氧发酵剩余物的利用 |
5.1 材料与方法 |
5.1.1 实验材料 |
5.1.2 实验设计 |
5.1.3 检测方法 |
5.2 实验结果 |
5.2.1 沼肥和化肥对土壤N、P、K的影响 |
5.2.2 沼肥和化肥对作物生长过程的影响 |
5.2.3 沼肥和化肥对作物品质的影响 |
5.3 分析与讨论 |
5.3.1 土壤N、P、K含量差异性分析 |
5.3.2 株高叶宽差异性分析 |
5.3.3 作物品质差异性分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文和研究成果 |
致谢 |
(2)有机废物规模化产氢关键科学问题及其研究进展(论文提纲范文)
1 生物产氢技术的研究进展 |
1.1 过程 |
1.1.1 生物光解水 |
1.1.2 光发酵 |
1.1.3 厌氧发酵 |
1.2 接种物 |
1.2.1 酸处理 |
1.2.2 热处理 |
1.3 基质 |
1.4 反应器 |
2 结论 |
(3)产氢光发酵细菌的选育及光发酵最佳产氢模式的确定(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题背景 |
1.3 生物制氢的研究现状 |
1.3.1 暗发酵生物制氢技术 |
1.3.2 光解水生物制氢技术 |
1.3.3 光发酵制氢技术 |
1.3.4 暗光发酵生物耦合制氢技术 |
1.4 光发酵产氢反应器的研究现状 |
1.4.1 管式光发酵产氢反应器 |
1.4.2 板式光发酵产氢反应器 |
1.4.3 柱式光发酵产氢反应器 |
1.4.4 环式光发酵产氢反应器 |
1.5 光发酵制氢反应器运行方式的研究现状 |
1.6 本课题的研究内容和技术路线 |
第2章 实验材料与方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 菌种来源 |
2.1.2 实验装置 |
2.1.3 培养基 |
2.1.4 主要仪器和设备 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 光发酵细菌的富集、分离和筛选方法 |
2.2.2 细菌形态特征观察 |
2.2.3 光发酵细菌鉴定方法 |
2.2.4 光发酵细菌产氢性能优化方法 |
2.2.5 间歇产氢实验方法 |
2.2.6 连续流及半连续流产氢实验方法 |
2.2.7 氢气含量测定方法 |
2.2.8 生物量测定方法 |
2.2.9 乙酸浓度测定方法 |
第3章 产氢光发酵细菌的选育及其产氢性能优化 |
3.1 筛选分离高效产氢的光发酵细菌 |
3.1.1 光发酵产氢细菌的富集和分离 |
3.1.2 高效产氢光发酵细菌的筛选 |
3.2 光发酵产氢细菌的鉴定 |
3.2.1 细菌的形态特征 |
3.2.2 脂肪酸鉴定 |
3.2.3 分子生物学分析 |
3.3 菌株 A7 产氢和生长条件优化 |
3.3.1 碳源筛选及优化 |
3.3.2 氮源筛选及优化 |
3.3.3 初始 pH |
3.3.4 接种菌龄 |
3.3.5 接种量的优化 |
3.4 菌株 A7 与菌株 ATCC 17001 的特征比较 |
3.5 本章小结 |
第4章 光发酵产氢的最佳模式-半连续产氢 |
4.1 新型光发酵生物制氢反应器的设计 |
4.2 光发酵制氢反应器连续流运行关键参数的优化控制 |
4.2.1 补料时间的优化 |
4.2.2 水力停留时间的优化 |
4.3 光发酵制氢反应器半连续流运行关键参数的优化控制 |
4.3.1 补料间隔时间的优化 |
4.3.2 初始补料时间的优化 |
4.3.3 补料量的优化 |
4.4 圆盘式光发酵产氢反应器的光能转化效率 |
4.5 半连续流产氢模式是光发酵产氢的最佳模式 |
4.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(4)秸秆类生物质暗发酵产氢关键参数优化及其机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究概况 |
1.2.1 厌氧发酵制备氢气 |
1.2.2 纤维素类生物质在暗发酵制氢中的应用 |
1.2.3 发酵生物制氢研究前沿 |
1.2.4 发酵生物制氢研究中存在的主要问题 |
1.3 本课题的研究目的意义与内容 |
1.3.1 本课题的研究目的和意义 |
1.3.2 主要研究内容 |
参考文献 |
2 微波辐射预处理对天然菌源产氢性能的影响 |
2.1 材料与方法 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验仪器与设备 |
2.1.3 实验方法 |
2.2 结果与讨论 |
2.2.1 微波辐射时间对菌源产氢性能的影响 |
2.2.2 微波辐射影响菌源产氢性能的机理分析 |
2.2.3 生长因子对发酵产氢的影响 |
2.3 结论 |
参考文献 |
3 高效产氢菌的筛选鉴定及其产氢特性研究 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 实验仪器与设备 |
3.1.3 实验方法 |
3.1.4 分析方法 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 发酵产氢细菌的分离、筛选与鉴定 |
3.2.2 高效产氢菌 Bacillus sp. FS2011 的产氢特性研究 |
3.2.3 响应面法优化发酵产氢条件 |
3.3 小结 |
参考文献 |
4 丙酮酸脱氢酶系 E1 抑制剂对菌源产氢性能的影响 |
4.1 材料与方法 |
4.1.1 试剂 |
4.1.2 培养基 |
4.1.3 实验仪器与设备 |
4.1.4 实验方法 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 酶循环反应体系的建立 |
4.2.2 辅酶的提取方法 |
4.2.3 不同氧化还原态底物对 Bacillus sp. FS2011 产氢性能的影响 |
4.2.4 阻断代谢途径以提高菌源的产氢量 |
4.2.5 抑制剂对菌源产氢性能的影响 |
4.3 小结 |
参考文献 |
5 直接利用生秸秆高效发酵产氢菌的筛选分离及产氢特性研究 |
5.1 材料与方法 |
5.1.1 实验材料 |
5.1.2 实验仪器与设备 |
5.1.3 实验方法 |
5.1.4 分析方法 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 直接利用秸秆类纤维质发酵产氢细菌的分离、筛选与鉴定 |
5.2.2 菌株 FS3 的产氢特性 |
5.2.3 响应面法优化产氢培养基 |
5.3 小结 |
参考文献 |
6 结论 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
个人简历 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(5)产气肠杆菌暗发酵及其与光合细菌联合制氢工艺研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 生物质制氢技术及其发展现状 |
1.2.1 藻类光合产氢 |
1.2.2 蓝细菌产氢 |
1.2.3 暗发酵产氢技术 |
1.2.4 光合生物制氢技术 |
1.3 光-暗联合制氢技术的发展现状和存在问题 |
1.3.1 光-暗联合发酵产氢的技术原理和特点 |
1.3.2 秸秆类生物质资源及其在联合制氢技术上利用的局限 |
1.3.3 光-暗联合发酵产氢技术的研究现状和存在问题 |
1.4 课题研究意义 |
2 实验材料、设备与方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 试验菌种和原料 |
2.1.2 试验试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 实验装置 |
2.4 实验方法 |
2.4.1 产气肠杆菌和光合细菌的培养方法 |
2.4.2 产气肠杆菌暗发酵产氢实验方法 |
2.4.3 产气肠杆菌暗发酵产氢反应液液相分析方法 |
2.4.4 暗发酵制氢反应液联合光合细菌发酵产氢的实验方法 |
2.4.5 秸秆类生物质酶水解方法 |
2.4.6 气体收集和成分测定方法 |
2.4.7 其他相关测定方法 |
3 产气肠杆菌的生长代谢规律 |
3.1 产气肠杆菌生长培养 |
3.2 光照对产气肠杆菌生长和产氢的影响 |
3.3 分子氧对产气肠杆菌生长的影响 |
3.4 小结 |
4 产气肠杆菌暗发酵产氢实验 |
4.1 产气肠杆菌暗发酵产氢工艺的单因素分析 |
4.1.1 碳氮比对产气肠杆菌产氢效果的影响 |
4.1.2 不同反应温度对产气肠杆菌产氢效果的影响 |
4.1.3 不同初始 pH 值对产气肠杆菌产氢效果的影响 |
4.2 产气肠杆菌暗发酵产氢工艺的多因素工艺优化 |
4.3 小结 |
5. 产气肠杆菌与光合细菌联合制氢实验 |
5.1 产气肠杆菌厌氧暗发酵反应液的液相成分结果分析 |
5.2 灭菌处理后产气肠杆菌厌氧暗发酵反应液对光合产氢的影响 |
5.3 不灭菌处理时产气肠杆菌厌氧暗发酵反应液对光合产氢的影响 |
5.4 产气肠杆菌的生物加强作用 |
5.5 小结 |
6 产气肠杆菌对其他生物质的产氢能力验证实验结果对比 |
6.1 玉米秸秆元素和成分分析结果 |
6.2 产气肠杆菌对不同处理秸秆的产氢利用实验 |
6.3 小结 |
7 结论和建议 |
7.1 结论 |
7.2 建议 |
参考文献 |
Abstract |
附:攻读硕士期间发表论文情况及奖励情况 |
(6)太阳能光合生物连续产氢自控系统与装置研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
第1章 概述 |
1.1 生物质与氢能 |
1.2 制氢方法及现状 |
1.2.1 化学法制氢 |
1.2.2 生物法制氢 |
1.3 太阳能光合细菌生物制氢技术 |
1.3.1 光合细菌制氢的产氢机理 |
1.3.2 光合细菌产氢原料 |
1.3.3 光合细菌产氢影响因素 |
1.4 生物制氢装置类型及其研究进展 |
1.4.1 概述 |
1.4.2 厌氧生物制氢反应装置发展现状 |
1.4.3 光合生物制氢反应装置发展现状 |
1.5 自控技术与生物制氢 |
1.5.1 自控技术的工作原理 |
1.5.2 自控技术在制氢领域的应用 |
1.6 本课题的提出及研究内容 |
1.6.1 研究太阳能光合连续产氢自控系统的工作原理及运行特性 |
1.6.2 太阳能光合连续产氢自控装置的设计 |
1.6.3 太阳能光合连续产氢自控装置的运行试验 |
1.6.4 太阳能光合生物连续产氢自控系统对连续产氢的促进作用分析 |
1.7 小结 |
第2章 太阳能光合生物连续产氢自控系统工作原理及其特性 |
2.1 太阳能光合生物连续产氢自控系统组成及其工作原理 |
2.1.1 太阳能光合生物连续产氢自控系统组成 |
2.1.2 太阳能光合生物连续产氢自控系统工作原理 |
2.2 太阳能光合生物连续产氢过程自动控制系统的特性 |
2.3 小结 |
第3章 太阳能光合生物连续产氢自控系统设计研究 |
3.1 设计要求及其指导思想 |
3.1.1 设计要求 |
3.1.2 指导思想 |
3.2 温度控制系统的研究 |
3.2.1 温度控制方法的选择 |
3.2.2 温度控制系统数学模型 |
3.2.2.1 数学模型的确立 |
3.2.2.2 数学模型的参数确定 |
3.2.2.3 单片机 PID 控制算法的实现原理与仿真 |
3.2.3 温度检测和控制系统的工作原理及设计方案 |
3.2.3.1 工作原理 |
3.2.3.2 设计方案 |
3.2.4 主要技术指标与控制要求 |
3.2.5 温度控制系统的硬件设计 |
3.2.5.1 铂电阻温度计的选择 |
3.2.5.2 三线制接桥方法的选择 |
3.2.5.3 温度传感器的标定 |
3.2.5.4 信号放大器和驱动器的使用 |
3.2.6 温度控制系统的程序设计 |
3.3 PH 控制系统的研究 |
3.3.1 PH 控制方法的选择 |
3.3.1.1 双回路控制器的确定 |
3.3.1.2 模糊控制策略的确定 |
3.3.2 PH 控制系统数学建模 |
3.3.2.1 数学模型的确立 |
3.3.2.2 数学模型的参数确定 |
3.3.2.3 双回路 PID 模糊控制器的实现原理与仿真 |
3.3.3 PH 检测和控制系统的设计方案 |
3.3.4 主要技术指标与控制要求 |
3.3.5 PH 控制系统的硬件设计 |
3.3.5.1 中和物料的设计 |
3.3.5.2 碱液分配器的设计 |
3.3.5.3 PH 传感器的标定 |
3.3.6 PH 控制系统的程序设计 |
3.4 流量控制系统的研究 |
3.4.1 流量检测与控制方法的选择 |
3.4.2 流量检测与控制系统的设计方案 |
3.4.2.1 工作模式的选择与控制方法 |
3.4.2.2 流量的检测与控制 |
3.4.2.3 上料箱的控制 |
3.4.3 主要技术指标与控制要求 |
3.4.4 流量控制系统的硬件设计 |
3.4.4.1 涡轮流量传感器的选择 |
3.4.4.2 电容式液位计的选择 |
3.4.4.3 液位计的标定 |
3.4.5 流量控制系统的程序设计 |
3.5 供光单元中的控制系统设计 |
3.5.1 聚光器散热导管的自动换水装置的设计 |
3.5.1.1 直角导管中液位检测的设计 |
3.5.1.2 自动换水装置的实现 |
3.5.2 供光管中 LED 光源的控制设计 |
3.5.2.1 LED 灯自动开启的设计 |
3.5.2.2 太阳能光伏供电与市电自动切换的设计 |
3.5.3 供光管的清洗预警设计 |
3.5.4 供光单元中的控制系统设计方案 |
3.6 总体控制系统设计 |
3.6.1 总体系统结构图 |
3.6.2 总体系统设计方案 |
3.6.2.1 总体自动控制系统的构建 |
3.6.2.2 总体检测与控制流程原理图 |
3.6.2.3 总体检测与控制编程结构图 |
3.6.3 总体系统硬件配置及分布 |
3.6.3.1 系统硬件配置 |
3.6.3.2 系统硬件分布 |
3.6.4 单片机程序 |
3.6.5 软件设计逻辑图 |
3.6.6 通讯协议的选择 |
3.7 系统优化设计 |
3.7.1 数据的冗余 |
3.7.2 控制系统的冗余 |
3.7.3 物理链路的冗余 |
第4章 太阳能光合生物连续产氢自控系统运行试验 |
4.1 试验材料与方法 |
4.1.1 试验材料 |
4.1.2 培养方法 |
4.1.3 分析检测方法 |
4.2 系统软件 |
4.2.1 软件功能运行 |
4.2.2 软件运行视图 |
4.3 单个子系统的运行 |
4.3.1 温度控制系统的运行 |
4.3.1.1 运行情况及结果分析 |
4.3.1.2 误差分析 |
4.3.1.3 本节小结 |
4.3.2 PH 控制系统的运行 |
4.3.2.1 运行情况及结果分析 |
4.3.2.2 误差分析 |
4.3.2.3 本节小结 |
4.3.3 流量控制系统的运行 |
4.3.3.1 运行情况及结果分析 |
4.3.3.2 误差分析 |
4.3.3.3 本节小结 |
4.3.4 供光单元控制系统的运行及分析 |
4.4 单个系统运行控制前后情况的对比 |
4.4.1 温度控制系统运行前后情况的对比与分析 |
4.4.2 PH 控制系统运行前后情况的对比与分析 |
4.4.3 流量控制系统运行前后情况的对比与分析 |
4.5 整体系统的运行 |
4.5.1 功能性适应性试验 |
4.5.2 连续性稳定性试验 |
4.5.3 产氢效率的促进作用试验 |
4.6 本章小结 |
第5章 全文总结 |
5.1 主要研究成果 |
5.2 创新点 |
5.3 建议 |
参考文献 |
ABSTRACT |
附录:单片机程序 |
博士就读期间发表论文及获取专利情况 |
(7)反应器类型对生物厌氧发酵产氢的影响研究进展(论文提纲范文)
1 厌氧发酵产氢反应器 |
1.1 悬浮细胞系统 |
1.1.1 连续搅拌釜式反应器 (continuous stirred tank reactor, CSTR) |
1.1.2 厌氧序批反应器 (anaerobic sequencing batch reactor, ASBR) |
1.2 固定化细胞系统 |
1.2.1 上流式厌氧污泥床 (upflow anaerobic sludge blanket, UASB) /膨胀颗粒污泥床 (expanded granular sludge bed, EGSB) |
1.2.2 厌氧填充床/滴滤床反应器 (anaerobic packed/ trickling bed reactor) |
1.2.3 厌氧流化床反应器 (anaerobic fluidized bed reactor, AFBR) |
1.2.4 复合生物反应器 (hybrid bio-reactor) |
2 讨论 |
3 前景展望 |
(8)高效利用玉米秸秆的产氢菌种及其产氢性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究的目的及意义 |
1.2 氢能与发酵法生物制氢技术 |
1.2.1 氢的优越性及制取方法 |
1.2.2 发酵法生物制氢研究 |
1.2.3 高温发酵生物制氢研究 |
1.2.4 发酵法生物制氢研究中存在的问题 |
1.3 秸秆生物质资源及其应用 |
1.3.1 秸秆的结构与组成 |
1.3.2 秸秆的利用现状 |
1.4 秸秆的生物转化 |
1.4.1 秸秆降解微生物 |
1.4.2 嗜热厌氧纤维素降解菌 |
1.4.3 纤维素降解酶系统 |
1.5 利用秸秆生物质发酵产氢 |
1.5.1 秸秆纤维原料的预处理 |
1.5.2 秸秆水解液发酵产氢 |
1.5.3 秸秆纤维素发酵产氢 |
1.5.4 秸秆生物转化氢气技术前景 |
1.5.5 秸秆发酵产氢研究中存在的问题 |
1.6 本课题主要研究内容及技术路线 |
第2章 试验材料与方法 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 菌种来源 |
2.1.2 玉米秸秆来源 |
2.1.3 试验装置 |
2.1.4 主要仪器设备 |
2.1.5 培养基配制 |
2.2 试验方法 |
2.2.1 产氢细菌的富集驯化 |
2.2.2 产氢细菌的分离筛选 |
2.2.3 微生物群落结构分析 |
2.2.4 产氢细菌的鉴定 |
2.2.5 间歇发酵产氢试验研究 |
2.2.6 秸秆氢氧化钠预处理 |
2.3 分析方法 |
2.3.1 蛋白质浓度的测定 |
2.3.2 纤维素酶活和半纤维素酶活的测定 |
2.3.3 不同细胞组分制备及酶活分析 |
2.3.4 玉米秸秆原料成分分析 |
2.3.5 玉米秸秆降解过程中的形态观察 |
2.3.6 玉米秸秆降解过程中的结构分析 |
2.3.7 发酵液GC-MS分析 |
2.3.8 发酵产物的分析 |
第3章 戊糖发酵产氢菌的选育及其利用半纤维素水解液发酵产氢性能 |
3.1 引言 |
3.2 戊糖发酵产氢细菌的富集 |
3.3 戊糖发酵产氢细菌的分离筛选 |
3.4 戊糖发酵产氢细菌的鉴定 |
3.4.1 菌株的形态学特征 |
3.4.2 菌株的生理生化特性 |
3.4.3 菌株的分子生物学鉴定 |
3.5 戊糖发酵产氢菌W16 的生长及产氢特性 |
3.5.1 利用不同碳源产氢能力 |
3.5.2 有机氮源对生长及产氢的影响 |
3.5.3 温度对生长及产氢的影响 |
3.5.4 初始pH对生长及产氢的影响 |
3.5.5 初始木糖浓度对生长及产氢的影响 |
3.5.6 利用不同浓度比葡萄糖木糖混合糖发酵产氢特性 |
3.5.7 水解液衍生物对菌株W16 生长及产氢的影响 |
3.6 菌株W16 利用半纤维素水解液发酵产氢性能 |
3.6.1 半纤维素水解液的制备 |
3.6.2 半纤维素水解液发酵产氢能力 |
3.7 本章小结 |
第4章 纤维素降解产氢菌的选育及其利用纤维素发酵产氢性能 |
4.1 引言 |
4.2 纤维素降解产氢细菌的富集 |
4.3 纤维素降解产氢细菌的分离筛选 |
4.4 纤维素降解产氢细菌的鉴定 |
4.4.1 细菌的形态学特征 |
4.4.2 细菌的生理生化特性 |
4.4.3 细菌的分子生物学鉴定 |
4.5 纤维素降解产氢菌M18 产氢特性 |
4.5.1 不同碳源产氢能力 |
4.5.2 M18 降解纤维素产氢影响因子 |
4.6 M18 产纤维素酶的特性分析 |
4.6.1 不同底物对纤维素酶活性的影响 |
4.6.2 纤维素酶表达的细胞部位 |
4.7 M18 直接转化纤维素产氢代谢特征 |
4.7.1 M18 降解纤维素的生物学特性 |
4.7.2 M18 直接转化纤维素产氢的动力学特性 |
4.8 M18 与现有纤维素降解产氢菌的差异 |
4.9 本章小结 |
第5章 玉米秸秆为原料生物转化产氢研究 |
5.1 引言 |
5.2 T. thermosaccharolyticum M18 直接利用玉米秸秆发酵产氢 |
5.2.1 M18 直接发酵玉米秸秆产氢性能 |
5.2.2 发酵过程中玉米秸秆的降解特性 |
5.2.3 发酵过程中产酶的变化 |
5.2.4 M18 降解玉米秸秆产氢机制的分析 |
5.3 预处理强化玉米秸秆发酵产氢 |
5.3.1 玉米秸秆预处理条件的确定 |
5.3.2 M18 利用预处理后玉米秸秆残渣发酵产氢 |
5.3.3 W16 利用预处理洗脱液中半纤维素糖类发酵产氢 |
5.3.4 NaOH预处理强化玉米秸秆产氢能力分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(9)厌氧活性污泥中混合产氢菌群的富集及产氢特性的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 文献综述 |
1.1 氢能—未来的清洁能源 |
1.1.1 化石能源危机 |
1.1.2 氢能的优越性 |
1.2 氢气的制取方法 |
1.2.1 化石燃料制氢 |
1.2.2 电解水制氢 |
1.2.3 光解水制氢 |
1.2.4 生物制氢 |
1.3 微生物制氢的菌种和厌氧发酵产氢机理 |
1.3.1 产氢微生物的种类 |
1.3.2 厌氧发酵的阶段性 |
1.3.3 厌氧发酵产氢类型 |
1.4 厌氧发酵微生物制氢的研究进展 |
1.4.1 筛选高效产氢菌种 |
1.4.2 优化发酵条件 |
1.4.3 细胞固定化技术 |
1.4.4 基因和代谢工程 |
1.4.5 混合菌群产氢 |
1.5 课题的研究思路 |
1.5.1 研究目的 |
1.5.2 研究内容 |
第二章 厌氧活性污泥中混合产氢菌群的富集 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料和仪器设备 |
2.2.1 菌种 |
2.2.2 试剂 |
2.2.3 仪器设备 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 厌氧活性污泥预处理 |
2.3.2 培养基组成 |
2.3.3 培养条件 |
2.3.4 菌种甘油管保藏 |
2.4 分析方法 |
2.4.1 氢气含量 |
2.4.2 菌体浓度 |
2.4.3 葡萄糖浓度 |
2.4.4 可溶性发酵产物 |
2.4.5 发酵液pH值 |
2.4.6 16S rRNA序列测定 |
2.5 实验结果和讨论 |
2.5.1 热处理富集产氢菌群 |
2.5.2 酸处理富集产氢菌群 |
2.5.3 碱处理富集产氢菌群 |
2.5.4 三氯甲烷富集产氢菌群 |
2.5.5 新构建菌群16S rRNA序列分析 |
2.6 本章小结 |
第三章 生态因子对产氢特性的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料和仪器设备 |
3.2.1 菌种 |
3.2.2 试剂 |
3.2.3 仪器设备 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 培养基组成 |
3.3.2 培养条件 |
3.3.3 菌种的甘油管保藏 |
3.4 分析方法 |
3.4.1 氢气含量 |
3.4.2 菌体浓度 |
3.4.3 还原糖浓度 |
3.4.4 可溶性发酵产物 |
3.4.5 发酵液pH值 |
3.5 实验结果和讨论 |
3.5.1 初始pH值对产氢发酵的影响 |
3.5.2 发酵温度对产氢发酵的影响 |
3.5.3 接种量对产氢发酵的影响 |
3.5.4 利用不同单糖底物的产氢发酵 |
3.6 本章小结 |
第四章 微胶囊固定化发酵细菌产氢的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料和仪器设备 |
4.2.1 菌种 |
4.2.2 试剂 |
4.2.3 仪器设备 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 培养基组成 |
4.3.2 微胶囊的制备 |
4.3.3 培养条件 |
4.4 分析方法 |
4.4.1 氢气含量 |
4.4.2 菌体浓度 |
4.4.3 葡萄糖浓度 |
4.4.4 可溶性发酵产物 |
4.4.5 发酵液pH值 |
4.5 实验结果和讨论 |
4.5.1 固定化细胞和游离细胞产氢能力的比较 |
4.5.2 温度对固定化细胞产氢的影响 |
4.5.3 葡萄糖浓度对固定化细胞产氢的影响 |
4.5.4 固定化细胞多批次摇瓶发酵 |
4.5.5 碳平衡分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论与建议 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(10)Klebsiella pneumoniae ECU-15菌株暗发酵产氢过程分析及其利用木质纤维素水解液的实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 氢能概述 |
1.2 生物制氢的方法 |
1.2.1 光合制氢 |
1.2.2 暗发酵制氢 |
1.2.3 两阶段制氢 |
1.3 暗发酵制氢技术研究进展 |
1.3.1 暗发酵产氢微生物 |
1.3.2 暗发酵培养条件 |
1.3.3 暗发酵产氢反应器 |
1.3.4 暗发酵产氢代谢过程研究 |
1.4 暗发酵制氢技术发展趋势 |
1.4.1 木质纤维素的预处理 |
1.4.2 木质纤维素水解液发酵产氢技术研究 |
1.5 暗发酵制氢技术存在的主要问题 |
1.6 本文的研究目的、主要研究内容及意义 |
第2章 产氢菌种的分离筛选及鉴定 |
2.1 引言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 实验试剂 |
2.2.3 实验仪器与设备 |
2.2.4 菌种分离筛选方法 |
2.2.5 菌种鉴定方法 |
2.3 实验结果与讨论 |
2.3.1 菌种筛选结果 |
2.3.2 菌种鉴定结果 |
2.4 本章小结 |
第3章 分批发酵产氢条件优化及其动力学研究 |
3.1 引言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 实验菌种 |
3.2.2 培养基 |
3.2.3 实验试剂 |
3.2.4 实验仪器与设备 |
3.2.5 培养方法 |
3.2.6 分析方法 |
3.3 发酵动力学研究 |
3.3.1 模型的建立 |
3.3.2 模型的求解 |
3.4 实验结果与讨论 |
3.4.1 氧对ECU-15菌株发酵过程的影响 |
3.4.2 温度对ECU-15菌株发酵过程的影响 |
3.4.3 pH对ECU-15菌株发酵过程的影响 |
3.4.4 培养基中营养物质对ECU-15菌株发酵过程的影响 |
3.4.5 参数最优值组合条件下的分批发酵动力学模型 |
3.5 本章小结 |
第4章 K. pneumoniae ECU-15菌株发酵代谢及产氢途径的MFA分析 |
4.1 引言 |
4.2 K.pneumoniae ECU-15菌株代谢网络的构建 |
4.2.1 MFA的理论基础及其代谢网络构建原则 |
4.2.2 K.pneumoniae ECU-15菌株的碳源中心代谢网络 |
4.2.3 代谢通量模型及其求解 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 温度对ECU-15菌株代谢产氢途径的影响 |
4.3.2 pH对ECU-15菌株代谢产氢途径的影响 |
4.3.3 初始葡萄糖浓度对ECU-15菌株代谢产氢途径的影响 |
4.3.4 ECU-15菌株的能量代谢分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 以木质纤维素水解液作为发酵产氢底物的实验研究 |
5.1 引言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 实验材料 |
5.2.2 实验试剂 |
5.2.3 实验仪器与设备 |
5.2.4 木质纤维素预处理方法 |
5.2.5 发酵培养方法 |
5.2.6 分析方法 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 水稻秸秆的预处理 |
5.3.2 预处理后秸秆的水解及其水解液发酵产氢实验 |
5.3.3 蒸汽爆破玉米秸秆酶解液及模拟合成水解液的发酵特性 |
5.3.4 水解液中降低产氢效率的主要糖源 |
5.3.5 底物中木糖含量对产氢效率的影响 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 本文创新点 |
6.3 本文不足之处及对后续工作的思考 |
参考文献 |
发表论文及专利 |
致谢 |
附录 |
四、Comparative analysis of hydrogen-producing bacteria and its immobilized cells for characteristics of hydrogen production(论文参考文献)
- [1]木薯酒精的能源梯级利用工艺研究[D]. 黄正恒. 云南师范大学, 2020
- [2]有机废物规模化产氢关键科学问题及其研究进展[J]. 陈坤,诸葛丽婷,杜钦青,许青青,郑土才. 山东化工, 2016(24)
- [3]产氢光发酵细菌的选育及光发酵最佳产氢模式的确定[D]. 崔庆芬. 哈尔滨工业大学, 2014(03)
- [4]秸秆类生物质暗发酵产氢关键参数优化及其机理研究[D]. 宋朝霞. 郑州大学, 2014(12)
- [5]产气肠杆菌暗发酵及其与光合细菌联合制氢工艺研究[D]. 赫倚风. 河南农业大学, 2014(03)
- [6]太阳能光合生物连续产氢自控系统与装置研究[D]. 杜金宇. 河南农业大学, 2013(03)
- [7]反应器类型对生物厌氧发酵产氢的影响研究进展[J]. 王磊,谢丽,罗刚,周琪. 中国农业科技导报, 2012(02)
- [8]高效利用玉米秸秆的产氢菌种及其产氢性能研究[D]. 曹广丽. 哈尔滨工业大学, 2010(04)
- [9]厌氧活性污泥中混合产氢菌群的富集及产氢特性的研究[D]. 马茜岚. 浙江大学, 2010(05)
- [10]Klebsiella pneumoniae ECU-15菌株暗发酵产氢过程分析及其利用木质纤维素水解液的实验研究[D]. 牛坤. 华东理工大学, 2010(10)