光发酵制氢的研究现状与发展

目前,氢气被视为最理想的能源载体,生物制氢技术日渐成为研究热点。光合细菌可将光能转化为氢能,成为生物制氢领域一个重要的研究方向。本文探讨了光合细菌的产氢机理,讨论了影响光合制氢的主要影响因素:如光照强度、温度、pH值等环境影响因子,菌株所处的生理状态、培养基组成(包括供氢体和氮源的种类和数量)等生物因子,概述了光发酵制氢工艺的研究现状及发展趋势,并提出了日后的研究重点。

光发酵及微生物电解池制氢研究进展

H_2作为21世纪的新能源已经越来越受到人们的重视,是未来能源革命的主要替代化石燃料的主力军。本文主要探讨总结了光发酵和微生物电解池这两种生物制产氢方式在近5年的最新研究进展,并对于未来的研究方向给予展望。

Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对玉米秸秆光发酵产氢的影响

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VSS相比提升(33.11±0.01)%,此时的能量转化率也提高33.10%。产氢动力学分析结果也表明Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对反应体系有明显的影响,粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率分别为46.97 mL/g VSS和1.06 mL/(g VSS·h)。适宜的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的粒径和浓度能显著促进光发酵产氢能力,而浓度过高则会产生抑制作用。

凤眼莲半连续暗光发酵耦合产氢研究

为了对凤眼莲这种生物质进行能源资源化利用,采用两个串联的5 L发酵罐以补料分批培养(半连续培养)的方式研究凤眼莲的暗光发酵耦合产氢特性。通过硫酸溶液、常压微波加热和纤维素酶水解的方式降解凤眼莲得到大量的还原糖,再用处理后的凤眼莲溶液在补料分批培养的条件下进行实验,获得了稳定的暗发酵及光发酵的产氢速率,分别为200.6 m L/(L·d)和85.4 m L/(L·d)。实验中单位原料的产氢量则分别达到50.7 m L/g TVS和285 m L/g TVS,产氢过程的整体热值转化效率为21.7%。

光发酵工艺金华火腿氨基酸含量分析

测试和比较光发酵工艺制作的火腿和传统工艺金华火腿的总氨基酸和35种游离氨基酸。光发酵火腿的TAA总含量(36.10 ± 1.67)%高于传统工艺火腿((27.12 ± 1.48)%),FAA总含量(4711.97 ± 161.71)mg/100g,与传统工艺火腿的含量((4981.50 ± 193.69) mg/100g)相近。光发酵火腿口味鲜美,回味悠长,具有传统金华火腿的风味。光发酵工艺为金华火腿的工艺改造提供了一种新方法,对传统金华火腿降低含盐量的应用有一定的指导意义。

光发酵火腿挥发性风味成分分析

在保证金华火腿风味良好的同时,为降低含盐量,开发了光发酵火腿制作工艺。采用气质联用仪检测挥发性风味成分,结合感官评价,测试和比较光发酵工艺制作的火腿和传统工艺金华火腿的风味物质。2种火腿共有的物质包括:醛(11种,57.57%)、酸(9种,12.93%)、醇(8种,6.93%)、烷烯烃(5种,3.13%)、酮(5种,1.57%)、吡嗪(2种,0.67%)、呋喃(2种,1.58%)等;2种火腿化合物种类的相似性最大的是芳香烃、呋喃、吡嗪,差异性最大的是酯类和含硫化合物;光发酵火腿特有化合物共有7种,质量分数占1.15%;2种火腿的挥发性物质种类的共有比达到83.60%,总质量分数达到84.32%。光发酵火腿感官上有醇香味,令人愉快,具有传统金华火腿的特色风味,降低了火腿含盐量,为金华火腿的工艺改造提供了新方法。

光发酵强化三角褐指藻生产岩藻黄素

本研究旨在建立光发酵培养三角褐指藻高效生产岩藻黄素的技术体系。在5 L光发酵罐中,系统研究了兼养条件下初始光强、氮源种类和浓度以及光质对于三角褐指藻生物量浓度和岩藻黄素积累的效果。结果表明,在初始光强为100μmol/(m^(2)·s)红蓝(R:B=6:1)混合光、含氮量为0.02 mol/L的胰蛋白胨和尿素混合氮源(1:1, N mol/N mol)优化条件下,三角褐指藻生物量浓度、岩藻黄素含量和产率分别达到了最大值3.80 g/L、13.44 mg/g和4.70 mg/(L·d),比优化前分别提高了1.41、1.33和2.05倍。本研究开发了强化三角褐指藻光发酵生产岩藻黄素的关键技术,促进了海洋天然产物开发。

暗发酵-光发酵两阶段联合生物制氢技术研究进展

随着能源紧缺的日益加剧,以及化石燃料燃烧引起的环境问题逐渐突显,氢能作为一种清洁可再生能源越来越受到青睐。生物制氢与热化学及电化学制氢相比其反应条件温和、低耗、绿色,是一项非常有应用前景的技术。生物制氢从广义上可以分为暗发酵和光发酵产氢两种,其中暗发酵微生物可以利用有机废弃物产生氢气以及有机酸等副产物,光合细菌在光照和固氮酶的作用下可以将暗发酵产生的有机酸继续用于产氢,因此两种发酵产氢方式相结合可以提高有机废物的资源化效率。将近年来暗发酵-光发酵两阶段生物制氢技术进行整理分析,从其产氢机理、主要影响因素、暗发酵-光发酵产氢结合方式(两步法、混合培养产氢)几个方面进行阐述,最后指出该技术面临的挑战。

生物膜法光发酵制氢的研究现状与展望

21世纪被誉为氢能世纪.光发酵制氢作为绿色可持续生物制氢方式的一种,可以利用独特的光合系统固定太阳能,并利用有机物产生清洁能源氢气,因而受到广泛关注.但光发酵细菌凝集力差、底物转化效率和光能利用率低导致产氢效能下降,从而阻碍了光发酵制氢的发展.光发酵细菌可以通过形成生物膜而被有效固定,进而增加反应器内光发酵细菌的生物持有量,提高光发酵细菌对不利环境的抵抗力;同时,光发酵细菌形成生物膜后可以调控产氢细菌新陈代谢和生理活性使其更利于产氢.其中,光发酵生物膜反应器的设计尤为重要,尤其是反应器内光源的均匀分配对于光发酵制氢是一项关键因素,需要对光源设计、空间摆放和遮光性进行综合分析和设计;其次,需要考虑载体性质和载体安装以充分吸附光发酵细菌并形成生物膜;同时,结合未来可持续绿色发展的需求,光发酵生物膜反应器设计需要逐步过渡到以室外环境作为常规环境和太阳作为光源.尽管光发酵生物膜制氢前景良好,但目前对于光发酵生物膜反应器和制氢机制的研究仍然不够充分,需要更加深入地探索和优化以突破光发酵制氢的瓶颈,推动氢能行业的发展.

餐厨垃圾暗-光耦联发酵制氢研究

文章以餐厨垃圾为底物进行暗-光耦联发酵两步法制氢研究。探讨物料比、起始pH对暗发酵产氢的影响;温度、起始pH对光合发酵产氢的影响,得到如下结论。在暗发酵阶段,以餐厨垃圾为底物,在合适条件下产氢量可达25.18 mL/gVS。在光合发酵阶段,以暗发酵液为底物,在合适条件下产氢量可达34.62 mL/gVS。以餐厨垃圾为底物,两步联合制氢可达59.80 mL/gVS,为仅暗发酵产氢量的2.37倍。

非灭菌光发酵嗜硫原始红藻高效去除工业废水中铵根的补糖模式优化

使用高氨氮工业废水配制混养培养基,在5 L光发酵罐中对嗜硫原始红藻(Galdieria sulphuraria)进行非灭菌条件下的分批和补料分批培养,通过比较间歇补糖和连续流加补糖模式,优化确定了生物量高产率、高NH_(4)^(+)去除速率的补糖模式。结果表明,2种模式均能促进生物量生产和NH_(4)^(+)的去除,其中C/N为2.5~5.0的连续流加补糖是最佳补糖模式。在此模式下,最高N H_(4)^(+)去除速率达到1529.25 mg·(L·d)^(-1),最终生物量质量浓度、蛋白质和藻蓝蛋白(PC)含量分别为92.30 g·L^(-1)、42.29%和1.76 mg·g^(-1),比12 h间歇补糖模式(最高1234.38 mg·(L·d)^(-1),生物量质量浓度为89.55 g·L^(-1),蛋白质和PC含量为别为38.32%和1.66 mg·g^(-1))分别提高了23.89%、3.07%、10.36%和6.02%,葡萄糖消耗量也显著降低。以上构建的基于优化补糖模式的非灭菌光发酵技术能有效促进嗜硫原始红藻生物量生产,可实现废水中NH_(4)^(+)的高效去除并联产蛋白质,从而达到废水高效脱氮、资源化利用和降本增效等多重目的。

基于[火用]效率的玉米秸秆厌氧发酵单产和联产氢烷性能分析

玉米秸秆厌氧发酵产氢、产甲烷,联产氢烷是秸秆能源化利用的3种重要的生化转化模式。为了筛选出玉米秸秆高效的生化转化模式,在玉米秸秆基质浓度分别为20,30,40,50,60 g/L的条件下进行了光发酵产氢、厌氧发酵产甲烷和光发酵产氢-厌氧发酵产甲烷两阶段联产氢烷的试验,从热力学[火用]效率和生态[火用]效率的角度对玉米秸秆单产或联产氢气和甲烷的性能进行了分析和评价。研究结果表明,光发酵产氢时,底物浓度为40 g/L的累积产氢量和累积收益[火用]最大,分别为323.67 mL和3.41 kJ,最大热力学[火用]效率为1.58%。厌氧发酵产甲烷时,底物浓度为60 g/L的累积产甲烷量和累积收益[火用]最大,分别为1546.46 mL和57.38 kJ,最大热力学[火用]效率为31.01%。氢烷联产时,底物浓度为60 g/L的氢气和甲烷联产的累积产甲烷量和累积收益[火用]最大,分别为1554..83 mL和60.83 kJ,最大热力学[火用]效率为22.20%。3种模式相比,玉米秸秆厌氧发酵单产甲烷转化具有最高的[火用]效率,且热力学[火用]效率和生态[火用]效率的评价结果是一致的。

生物发酵制氢技术的最新研究进展

在综述国内外生物制氢技术研究进展的基础上,重点综述了生物制氢暗发酵、光发酵以及联合发酵3种技术体系的菌种选育特点以及工业应用的生物反应器研究现状,指出了目前国内外生物制氢领域各技术的发展趋势及研究方向。

佐夫色绿藻高产虾青素的诱导条件及发酵工艺优化

本研究了不同诱导条件及光发酵罐培养工艺对混养佐夫色绿藻的影响,通过参数优化提高了藻细胞生物量和虾青素积累量。本研究首先系统地比较了在摇瓶系统中不同混合碳源和过氧化氢浓度对佐夫色绿藻的生长和虾青素积累的影响,并在光发酵罐中研究了恒定高光强、低光强-高光强以及低光强-高光强-补加过氧化氢三种不同发酵工艺对佐夫色绿藻积累虾青素的影响。结果表明:采用20 g/L葡萄糖和2.50 g/L醋酸钠作为混合碳源取代单一碳源,可以获得最高6.50 g/L生物量,并且添加107.50 mg/L过氧化氢可以将虾青素含量提高到3.23 mg/g,产量最高为72.47 mg/L,是空白组虾青素产量的1.80倍,有效促进了佐夫色绿藻细胞生长和虾青素积累。在5 L光发酵罐中,以20 g/L葡萄糖和2.50 g/L醋酸钠作为混合碳源培养佐夫色绿藻,通过低光强-高光强-补加过氧化氢的组合方式,可获得较优的虾青素含量(3.82 mg/g)和产量(41.41 mg/L),相较于恒定高光强培养,分别提高了36.92%和92.96%。本研究通过诱导条件和发酵工艺优化有效提高了混养佐夫色绿藻生物量和虾青素产量,为利用光发酵罐培养色绿藻生产虾青素提供基础。

微藻光—暗联合发酵制氢固碳效果及经济效益评价

微藻能源是最具潜力的第三代生物质能源,将废物处理的微藻用于制氢,能够在增强废物资源化利用的同时提升生物制氢的经济效益与环境效益。为优化微藻生物制氢的方式并提升生产效益,基于光伏供能情境,采用光—暗发酵相结合的方式进行了微藻生物氢的制取,并分析了不同光—暗联合下微藻的制氢效果和固碳减排效果,最后核算了废物处理产生的经济效益和生物制氢的生产潜力。研究结果表明:①微藻光发酵制氢具有较好的固碳减排效果,每生产1 kg氢气,光发酵的固碳减排量为0.89 kgCO_(2),相较于暗发酵高0.46 kgCO_(2);②暗发酵制氢具有较好的经济效益,每生产1 kg氢气,暗发酵制氢的经济效益为61.56元,相较于光发酵高61.01元;③将光—暗发酵相结合,单个周期可生产41.23 kg氢气,实现固碳减排54.61 kgCO_(2),产生经济效益为2560.52元。结论认为:①采用TP5类(自养时间7 d、异养时间9 d,微藻最终浓度为54 g/L)周期下微藻增殖量进行的光—暗发酵制氢,实现了固碳减排与经济效益并存,相比于其他组合具有更好的生产效果,更适合用于规模化扩大生产;②光—暗发酵联合制氢是基于微藻增殖所进行的,应依据藻种特性优化制氢环境,对制氢比例与制氢方式做出调整,以加强微藻生物质能源开发,不断扩展微藻生物制氢的发展前景。

生物制氢最新研究进展与发展趋势

氢能具有清洁、高效、可再生的特点,是一种最具发展潜力的化石燃料替代能源.与传统的热化学和电化学制氢技术相比,生物制氢具有低能耗、少污染等优势.近年来,生物制氢技术在发酵菌株筛选、产氢机制、制氢工艺等方面取得了较大进展.暗发酵和光发酵结合制氢技术是一种新技术,具有较高的氢气产量.以厌氧细菌和光合细菌为发酵菌种,以富含碳水化合物的工农业废弃物为原料,进行暗发酵和光发酵结合制氢,具有广阔发展前途前景.本文综述了国内外生物制氢技术研究进展,展望了未来发展趋势.

生物制氢技术的发展及应用前景

介绍了生物制氢技术的几个基本方法.生物制氢技术作为一种可再生能源生产技术,主要包括暗发酵、光发酵、光解水和光暗发酵耦合生物制氢4种方法,菌种选育、工艺形式、工艺调控以及暗光发酵的耦合方式对高效、持续和稳定产氢至关重要.对生物制氢技术近年的发展及现状进行了总结,并结合生物制氢领域存在的问题,展望了其发展前景.

有机固体废物生物法制氢的研究进展

综述了利用有机固体废物生物法制氢的原理和研究现状。城市有机固体废物、农业有机废物、工业有机废物是生物法制氢的主要原料。暗发酵制氢是利用有机废物厌氧消化的产酸阶段而产氢,pH、温度、水力停留时间、氢气分压、原料性质、微量元素含量、产甲烷微生物抑制剂等均影响氢气产率。光发酵制氢是利用光合厌氧细菌将挥发性有机酸转化为氢气和二氧化碳。暗发酵和光发酵制氢时,生物固定化有利于高速连续产氢。在有机废物处理和生物法制氢方面,暗发酵-光发酵、暗发酵-微生物燃料电池的组合工艺是具有前景的技术。今后的研究方向是原料的预处理技术、选育高效产氢菌株、发明高效反应器、优化处理工艺和处理条件等。

生物制氢研究进展(Ⅰ) 产氢机理与研究动态

阐述了7类生物制氢系统的产氢机理、影响因素以及提高产氢率和产氢量的方法,介绍了国外最新的研究进展。光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术是研究的热点,而厌氧发酵由于产氢效率较高而成为最具潜力的生物制氢技术之一。光合-发酵杂交技术不仅减少了所需光能,而且增加了氢气产量,同时也彻底降解了有机物,使该技术成为生物制氢技术的发展方向。

生物制氢方法综述

氢气由于燃烧过程中不产生CO2,清洁无污染,因此被称为未来的"能量载体",被应用于燃料电池发电的过程中。综述了生物制氢的不同途径,包括光解水产氢、光发酵产氢、暗发酵产氢和两步发酵工艺,并比较了各种方法的优缺点,在此基础上探讨了未来生物制氢发展的新方向。