本文關(guān)鍵詞：不同發(fā)酵制氫工藝控制條件優(yōu)化及產(chǎn)氫效能

  更多相關(guān)文章： 發(fā)酵工藝 條件優(yōu)化 生物氫 T.thermosaccharolyticum M18

【摘要】：面對(duì)礦質(zhì)能源過度開采利用和木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源嚴(yán)重浪費(fèi)所引發(fā)的能源危機(jī)和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫研究逐漸成為生物和能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。然而,傳統(tǒng)的木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫技術(shù)有著工藝流程復(fù)雜、發(fā)酵周期長和水解過程產(chǎn)生抑制物較多等缺點(diǎn)。菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum M18能直接利用包含在木質(zhì)纖維素里的半纖維素和纖維素,而不需要任何的水解過程,可極大地簡化工藝流程,節(jié)省水解糖化過程的成本,同時(shí)也避免了水解抑制物的產(chǎn)生。因此,本課題以T.thermosaccharolyticum M18為高效菌株,對(duì)兩種不同的纖維素發(fā)酵制氫工藝進(jìn)行研究。首先,通過對(duì)菌株M18利用纖維素發(fā)酵產(chǎn)氫條件的優(yōu)化,確定分批發(fā)酵工藝的最佳操作參數(shù),提高底物轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)氫效能;然后,在厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)中,對(duì)菌株M18直接降解纖維素產(chǎn)氫(CBP)的半連續(xù)流發(fā)酵工藝進(jìn)行初步地探索和研究,得到反應(yīng)器運(yùn)行的最優(yōu)控制條件。最后,通過對(duì)比兩種發(fā)酵的工藝的產(chǎn)氫效能,提出木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫的最佳工藝策略。根據(jù)分批發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,菌株T.thermosaccharolyticum M18降解纖維素產(chǎn)氫的最佳接種量為8.0%、初始pH為7.5,Mg2+濃度0.4g/L。在碳源和氮源的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中,采用修正的Gompertz方程對(duì)M18在不同纖維素底物和酵母浸粉濃度時(shí)的產(chǎn)氫動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,當(dāng)碳源和氮源濃度過低時(shí),M18產(chǎn)氫延滯期較長,發(fā)酵延續(xù)時(shí)間短,產(chǎn)氫量低;但是濃度過高,生長代謝過快,產(chǎn)生大量末端副產(chǎn)物,對(duì)產(chǎn)氫過程造成抑制。由響應(yīng)曲面法分析結(jié)果可知,最佳的微晶纖維素和酵母浸粉濃度分別為6.2g/L和2.8g/L。經(jīng)優(yōu)化后,菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的能力得到了提高。經(jīng)72h的發(fā)酵,累積產(chǎn)氫量達(dá)到42.21mmol/L,平均產(chǎn)氫速率為0.589mmol·L~(-1)·h~(-1)(14.40 mL·L~(-1)·h~(-1)),比未優(yōu)化前分別提高了16.47%和17.1%。在ASBR-半連續(xù)流發(fā)酵工藝中,反應(yīng)器運(yùn)行的最佳參數(shù)為:攪拌速率120rpm/min、進(jìn)料量1000mL(投料比2/3)、HRT為54h(進(jìn)料15min,反應(yīng)35h,沉淀30min,排料15min)、進(jìn)料pH8.5。在最優(yōu)條件下,每一周期(36h)平均氫氣產(chǎn)量為755.56mL H2/L,纖維素底物的利用率為74.72%。其相應(yīng)的平均氫氣產(chǎn)生速率為20.99mL·L~(-1)·h~(-1),要比分批發(fā)酵工藝高出45.74%,說明ASBR-半連續(xù)流發(fā)酵工藝可以有效提高產(chǎn)氫速率,縮短發(fā)酵時(shí)間。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)酵工藝 條件優(yōu)化 生物氫 T.thermosaccharolyticum M18
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)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4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 課題來源及研究背景10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究背景10-11
• 1.2 木質(zhì)纖維素利用現(xiàn)狀分析11-12
• 1.2.1 直接燃燒11
• 1.2.2 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化11-12
• 1.2.3 生化轉(zhuǎn)化12
• 1.3 木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氫研究12-22
• 1.3.1 纖維素降解產(chǎn)氫微生物研究13-14
• 1.3.2 纖維素降解產(chǎn)氫影響因子14-16
• 1.3.3 木質(zhì)纖維素預(yù)處理16-18
• 1.3.4 木質(zhì)纖維素發(fā)酵產(chǎn)氫工藝18-22
• 1.4 課題研究的目的和意義22
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線22-24
• 1.5.1 課題研究的主要內(nèi)容22-23
• 1.5.2 課題研究的技術(shù)路線23-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法24-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料24-27
• 2.1.1 菌株來源24
• 2.1.2 微晶纖維素24
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置24-26
• 2.1.4 培養(yǎng)基配制26
• 2.1.5 主要實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備26-27
• 2.2 分析方法27
• 2.2.1 發(fā)酵產(chǎn)物分析27
• 2.2.2 蛋白質(zhì)濃度測定27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法27-30
• 2.3.1 響應(yīng)曲面法優(yōu)化與設(shè)計(jì)27-28
• 2.3.2 產(chǎn)氫動(dòng)力學(xué)分析模型28-29
• 2.3.3 氫氣產(chǎn)量計(jì)算方法29-30
• 第3章 嗜熱厭氧菌株M18利用纖維素分批發(fā)酵產(chǎn)氫條件的優(yōu)化30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 接種量對(duì)菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的影響30-32
• 3.3 初始pH值對(duì)菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的影響32-34
• 3.4 Mg~(2+)濃度對(duì)菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的影響34-36
• 3.5 底物和氮源濃度對(duì)纖維素降解和氫氣產(chǎn)生的影響36-46
• 3.5.1 底物濃度對(duì)菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的影響36-39
• 3.5.2 氮源濃度對(duì)菌株M18降解纖維素產(chǎn)氫的影響39-43
• 3.5.3 響應(yīng)曲面法優(yōu)化底物和氮源濃度43-46
• 3.6 優(yōu)化前后產(chǎn)氫效能對(duì)比分析46-48
• 3.7 本章小結(jié)48-50
• 第4章 ASBR工藝降解纖維素產(chǎn)氫效能研究50-68
• 4.1 引言50
• 4.2 厭氧序批式反應(yīng)器ASBR50-52
• 4.2.1 攪拌速率50-51
• 4.2.2 運(yùn)行與操作51-52
• 4.3 進(jìn)料量對(duì)ASBR反應(yīng)器產(chǎn)氫的影響52-56
• 4.3.1 進(jìn)料量對(duì)生物氣體產(chǎn)量的影響52-53
• 4.3.2 進(jìn)料量對(duì)初始和末端pH的影響53-54
• 4.3.3 進(jìn)料量對(duì)纖維素底物利用率和比產(chǎn)氫率的影響54-55
• 4.3.4 不同進(jìn)料量條件下液相末端產(chǎn)物分析55-56
• 4.4 水力停留時(shí)間對(duì)ASBR反應(yīng)器產(chǎn)氫的影響56-60
• 4.4.1 HRT對(duì)氣體產(chǎn)量的影響57-58
• 4.4.2 HRT對(duì)纖維素底物利用率和的末端p H的影響58
• 4.4.3 HRT對(duì)產(chǎn)氫速率和比產(chǎn)氫率的影響58-59
• 4.4.4 不同HRT條件下液相末端產(chǎn)物分析59-60
• 4.5 進(jìn)料pH對(duì)ASBR反應(yīng)器產(chǎn)氫的影響60-64
• 4.5.1 進(jìn)料pH對(duì)氣體產(chǎn)量的影響61-62
• 4.5.2 進(jìn)料pH對(duì)發(fā)酵初始和末端pH的影響62-63
• 4.5.3 進(jìn)料pH對(duì)纖維素利用率和比產(chǎn)氫率的影響63-64
• 4.5.4 不同進(jìn)料pH條件下液相末端產(chǎn)物分析64
• 4.6 ASBR工藝降解纖維素產(chǎn)氫特性分析64-66
• 4.7 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及專利76-78
• 致謝78

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本文編號(hào)：1126990