【摘要】： 嚴(yán)重的環(huán)境污染和化石燃料的枯竭使當(dāng)今能源結(jié)構(gòu)面臨巨大挑戰(zhàn)。氫能是一種清潔的、可再生的、具有巨大潛力的未來能源。生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和,可以與有機(jī)污染物降解耦合起來,完美解決了能源需求和環(huán)境保護(hù)之間的矛盾。厭氧暗發(fā)酵法和光合細(xì)菌產(chǎn)氫法是目前是研究較多的兩種生物制氫法。 固定化細(xì)胞包埋技術(shù)因其廣泛的優(yōu)點(diǎn)而被引入到生物制氫技術(shù)領(lǐng)域,采用該技術(shù)可提高制氫反應(yīng)器單位體積內(nèi)的生物量,提高反應(yīng)器內(nèi)細(xì)菌的環(huán)境耐受力,提高產(chǎn)氫速率和生物降解速率。針對暗發(fā)酵制氫和光合細(xì)菌制氫兩大生物制氫技術(shù),本文采用細(xì)胞固定化包埋技術(shù),制備了兩種不同的包埋顆粒,并利用這兩種包埋顆粒進(jìn)行了暗發(fā)酵連續(xù)流填充床反應(yīng)器和光合細(xì)菌單顆粒反應(yīng)器的產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。本文的主要研究工作及研究成果如下: 1.實(shí)驗(yàn)制備了適合包埋法暗發(fā)酵制氫以及光合細(xì)菌包埋制氫的兩種不同包埋顆粒,并添加活性炭,卡拉膠等添加劑,在保證包埋顆粒的低溶脹性和機(jī)械強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,改善了包埋顆粒的傳質(zhì)性能。引入擴(kuò)散模型,求解葡萄糖在包埋顆粒內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)De為9.0×10-5cm2/min。 2.從污泥中篩選培育了一株可產(chǎn)氫的暗發(fā)酵細(xì)菌。設(shè)計(jì)、加工、搭建了暗發(fā)酵包埋顆粒填充床連續(xù)流產(chǎn)氫的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了進(jìn)口底物濃度,pH值,溫度,進(jìn)口流速對包埋顆粒填充床反應(yīng)器產(chǎn)氫性能與降解性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)?shù)孜餄舛纫欢〞r(shí),進(jìn)口流速較低時(shí),產(chǎn)氫和降解行為是擴(kuò)散傳質(zhì)控制過程;當(dāng)進(jìn)口流速較高時(shí),則為生化反應(yīng)控制過程。實(shí)驗(yàn)得到該反應(yīng)器的最佳反應(yīng)條件為進(jìn)口底物濃度為0.06 mmol/L,底物溶液pH值為6.0,反應(yīng)器內(nèi)溫度為35℃,流速為0.000330 m3/h,此時(shí),最高產(chǎn)氫速率達(dá)1.659 mmol/L/h。 3.利用本實(shí)驗(yàn)室培育篩選的光合細(xì)菌沼澤紅假單胞菌Rhodoseudomonas palustris CQK 01作為產(chǎn)氫菌種,制作光合細(xì)菌單包埋顆粒反應(yīng)器,并進(jìn)行了產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。研究得出光照強(qiáng)度,光照波長,pH值,溫度,流速等外部環(huán)境因子對反應(yīng)器的產(chǎn)氫速率和降解速率的影響,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),光照強(qiáng)度和波長是影響產(chǎn)氫的重要因素,當(dāng)光照強(qiáng)度超過7000 lx時(shí),產(chǎn)氫速率下降,出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得到最適合光合包埋顆粒產(chǎn)氫的操作參數(shù)為光照波產(chǎn)為590 nm,pH=7.0,溫度為30℃,進(jìn)口底物溶液流速為6.5 mL/h時(shí),產(chǎn)氫速率最高達(dá)到0.474 mmol/L。通過黃色LED光源和鎢燈的對照產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn),顯示在同樣光照強(qiáng)度下,反應(yīng)器以LED燈為光源下的光能轉(zhuǎn)化效率(LCE)比鎢燈為光源明顯較高。這與鎢燈紅外區(qū)較高的輻射能存在聯(lián)系。 4.在已有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立含有生化反應(yīng)的包埋顆粒內(nèi)部質(zhì)量擴(kuò)散傳輸模型,獲得了不同工況下包埋顆粒內(nèi)部的底物濃度分布。結(jié)果顯示在忽略外部主體溶液的濃度變化以及外擴(kuò)散阻力的情況下,包埋顆粒內(nèi)的產(chǎn)氫行為主要為生化反應(yīng)控制過程,如何進(jìn)一步發(fā)掘提高光合細(xì)菌的產(chǎn)氫與降解能力是將來研究的重點(diǎn)方向。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TK6;X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2619428