本文關(guān)鍵詞：光合細(xì)菌Rhodopseudomonas Palustris PB-Z產(chǎn)氫性能的研究

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【摘要】：氫能是一種理想的可再生清潔能源,被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ奈磥砟茉粗�。光合�?xì)菌生物制氫技術(shù)能夠?qū)⒂袡C(jī)廢水的處理和氫氣制備有效地結(jié)合起來,被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前景的可持續(xù)制氫方法。然而,要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生物制氫還需要進(jìn)一步提高制氫的效率。本文以光合細(xì)菌Rhodopseudomonas palustris PB-Z為研究對(duì)象,主要研究了環(huán)境因素對(duì)光合細(xì)菌生長(zhǎng)和產(chǎn)氫的影響并初步探索了光合細(xì)菌產(chǎn)氫過程中的部分代謝過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)攪拌能促進(jìn)光合細(xì)菌的生長(zhǎng)和產(chǎn)氫,不同的攪拌速度對(duì)光合細(xì)菌生長(zhǎng)的促進(jìn)作用幾乎相同,但對(duì)產(chǎn)氫的影響很大。在240 rpm攪拌的條件下,產(chǎn)氫培養(yǎng)液中的氫氣泡能較快地逸出到氣相中,使產(chǎn)氫培養(yǎng)液中的氫分壓減小,促使光合細(xì)菌產(chǎn)氫反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。(2)光波長(zhǎng)對(duì)光合細(xì)菌PB-Z生長(zhǎng)的影響較小,其中紅光最有利于光合細(xì)菌PB-Z的生長(zhǎng),白熾燈和黃光略優(yōu)于綠光和藍(lán)光。在攪拌和不攪拌的條件下,光波長(zhǎng)對(duì)光合細(xì)菌產(chǎn)氫的影響不同:在不攪拌時(shí),白光黃光綠光藍(lán)光紅光;在攪拌條件下,白光黃光≥藍(lán)光≥紅光綠光。(3)光合細(xì)菌PB-Z最佳的生長(zhǎng)溫度和產(chǎn)氫溫度都是35.0℃。在35.0℃、240 rpm的條件下,其最大產(chǎn)氫速率和產(chǎn)氫總量分別是78.7 ml/L/h和1728.1 ml H2/L。(4)一定濃度的Fe~(2+)或Ca~(2+)會(huì)引起光合細(xì)菌PB-Z出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象。在不攪拌的條件下,Fe~(2+)或Ca~(2+)引起的絮凝作用對(duì)光合細(xì)菌產(chǎn)氫能力的促進(jìn)作用十分明顯,而在攪拌條件下,則無明顯的促進(jìn)作用。(5)以葡糖糖為碳源時(shí),所產(chǎn)氣體中H2和CO_2含量分別為55%和45%左右,而以丙酮酸為碳源時(shí),所產(chǎn)氣體中H2含量只有4.1%,而CO_2的含量高達(dá)95.9%,并且以葡萄糖為碳源進(jìn)行產(chǎn)氫時(shí),光合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)丙酮酸的濃度與光合細(xì)菌所產(chǎn)氣體中CO_2的濃度密切相關(guān),呈線性關(guān)系,說明光合細(xì)菌所產(chǎn)的CO_2有可能直接來源于丙酮酸的代謝。(6)在產(chǎn)氫過程中缺乏NH_4~+-N時(shí),光合細(xì)菌PB-Z會(huì)將一部分尿素轉(zhuǎn)化為NH_4~+-N,以滿足生長(zhǎng)代謝對(duì)NH_4~+-N的需求。(7)利用柱型環(huán)式光反應(yīng)器進(jìn)行產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)時(shí),產(chǎn)氫量和最大產(chǎn)氫速率比小型反應(yīng)器略有下降,可能與該反應(yīng)器的攪拌動(dòng)力不足和培養(yǎng)基深度增大導(dǎo)致氣體逸出的難度增大有關(guān)。(8)在缺乏維生素時(shí),光合細(xì)菌PB-Z無法利用小分子酸產(chǎn)氫。而且光合細(xì)菌PB-Z不能利用谷氨酸生長(zhǎng)和產(chǎn)氫,能夠利用尿素和氯化銨為氮源進(jìn)行生長(zhǎng)和產(chǎn)氫,但是硫酸銨中的NH_4~+會(huì)抑制光合細(xì)菌PB-Z的產(chǎn)氫活性。(9)碳源濃度、氮源濃度和C/N對(duì)光合細(xì)菌PB-Z產(chǎn)氫的影響是相互作用的,在尿素濃度較高的條件下(N含量為0.02 mol/L),C/N=3.5時(shí),光合細(xì)菌的產(chǎn)氫活性較大,C/N增大至10.5時(shí)光合細(xì)菌就失去產(chǎn)氫活性;而在尿素濃度較低的條件下(N含量為0.003 mol/L),C/N=10時(shí),光合細(xì)菌的產(chǎn)氫活性最大,而且具有連續(xù)產(chǎn)氫的潛力。綜上所述,該菌具有優(yōu)良的產(chǎn)氫性能。
【關(guān)鍵詞】：生物制氫 光合細(xì)菌 光發(fā)酵 基質(zhì)代謝
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 氫能的制取11-14
• 1.2.1 化石燃料制氫12
• 1.2.2 水制氫12-13
• 1.2.3 生物質(zhì)制氫13-14
• 1.3 不產(chǎn)氧光合細(xì)菌14-19
• 1.3.1 不產(chǎn)氧光合細(xì)菌簡(jiǎn)介14-16
• 1.3.2 不產(chǎn)氧光合細(xì)菌的產(chǎn)氫機(jī)理16-19
• 1.4 利用不產(chǎn)氧光合細(xì)菌制氫的研究現(xiàn)狀19-25
• 1.4.1 產(chǎn)氫工藝條件優(yōu)化20-22
• 1.4.2 光反應(yīng)器設(shè)計(jì)22-23
• 1.4.3 利用廉價(jià)底物制氫23-24
• 1.4.4 通過基因突變和基因工程技術(shù)改造菌株24-25
• 1.5 不產(chǎn)氧光合細(xì)菌的其它應(yīng)用25
• 1.6 課題來源、研究?jī)?nèi)容和意義25-28
• 1.6.1 課題來源25
• 1.6.2 課題意義25-26
• 1.6.3 研究目的26
• 1.6.4 研究?jī)?nèi)容26-28
• 第二章 攪拌速度、光波長(zhǎng)和溫度對(duì)光合細(xì)菌PB-Z生長(zhǎng)的影響28-34
• 2.1 引言28
• 2.2 材料和方法28-30
• 2.2.1 菌種來源28
• 2.2.2 生長(zhǎng)培養(yǎng)基28
• 2.2.3 主要儀器設(shè)備28-29
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)藥品29
• 2.2.5 實(shí)驗(yàn)方法29-30
• 2.3 結(jié)果與分析30-33
• 2.3.1 攪拌速度對(duì)光合細(xì)菌PB-Z生長(zhǎng)的影響30-31
• 2.3.2 光波長(zhǎng)對(duì)光合細(xì)菌PB-Z生長(zhǎng)的影響31-32
• 2.3.3 溫度對(duì)光合細(xì)菌PB-Z生長(zhǎng)的影響32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 攪拌速度、光波長(zhǎng)、溫度和金屬離子對(duì)光合細(xì)菌PB-Z產(chǎn)氫的影響34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 材料和方法34-38
• 3.2.1 菌種來源34
• 3.2.2 產(chǎn)氫培養(yǎng)基34-35
• 3.2.3 主要儀器設(shè)備35
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)藥品35-36
• 3.2.5 實(shí)驗(yàn)方法36
• 3.2.6 檢測(cè)方法36-38
• 3.3 結(jié)果與分析38-48
• 3.3.1 攪拌速度對(duì)光合細(xì)菌產(chǎn)氫的影響38-40
• 3.3.2 光波長(zhǎng)對(duì)光合細(xì)菌產(chǎn)氫的影響40-44
• 3.3.3 溫度對(duì)光合細(xì)菌產(chǎn)氫的影響44-45
• 3.3.4 Fe~(2+)和Ca~(2+)對(duì)光合細(xì)菌PB-Z產(chǎn)氫的影響45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 光合細(xì)菌產(chǎn)氫過程的代謝特性及新型光反應(yīng)器50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 材料和方法50-54
• 4.2.1 菌種來源50
• 4.2.2 培養(yǎng)基50-51
• 4.2.3 主要儀器設(shè)備51
• 4.2.4 實(shí)驗(yàn)藥品51
• 4.2.5 實(shí)驗(yàn)方法51-52
• 4.2.6 檢測(cè)方法52-54
• 4.2.6.1 丙酮酸含量測(cè)定（比色法）的基本原理52-53
• 4.2.6.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑52
• 4.2.6.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制52-53
• 4.2.6.1.3 樣品測(cè)定53
• 4.2.6.2 總氮和氨氮的測(cè)定53-54
• 4.3 結(jié)果與分析54-59
• 4.3.1 光合細(xì)菌PB-Z產(chǎn)CO_2與丙酮酸代謝的關(guān)系54-56
• 4.3.2 光合細(xì)菌PB-Z產(chǎn)氫過程氮的代謝56-57
• 4.3.3 新型光反應(yīng)器57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 光合細(xì)菌PB-Z利用小分子酸產(chǎn)氫特性的研究60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 材料和方法60-62
• 5.2.1 菌種來源60
• 5.2.2 產(chǎn)氫培養(yǎng)基60-61
• 5.2.3 主要儀器設(shè)備61
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)藥品61-62
• 5.2.5 實(shí)驗(yàn)方法62
• 5.3 結(jié)果與分析62-68
• 5.3.1 維生素對(duì)光合細(xì)菌PB-Z利用乙酸產(chǎn)氫的影響62-63
• 5.3.2 氮源對(duì)光合細(xì)菌PB-Z利用乙酸產(chǎn)氫的影響63-64
• 5.3.3 碳源、氮源濃度和碳氮比對(duì)光合細(xì)菌PB-Z利用乙酸產(chǎn)氫的影響64-67
• 5.3.4 對(duì)光合細(xì)菌PB-Z利用乙酸連續(xù)制氫能力的研究67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 第六章 結(jié)論與建議70-74
• 6.1 結(jié)論70-72
• 6.2 后續(xù)實(shí)驗(yàn)建議72-74
• 參考文獻(xiàn)74-84
• 致謝84-85
• 碩士期間發(fā)表論文85

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本文編號(hào)：1070675