隨著化石能源的日益短缺和環(huán)保要求的逐漸提高,氫能作為清潔、高效的可再生能源載體越來越受到人們的重視。利用生物質(zhì)原料通過細菌發(fā)酵方法制取氫氣新能源具有很強的應用前景,而通過基因工程和代謝調(diào)控手段改造產(chǎn)氫細菌是生物制氫領域的研究熱點。本文在國際上首次測得陰溝腸桿菌在過表達產(chǎn)氫增強基因后的氫酶活性提高了97.4%,利用混合菌群馴化和微波稀酸水解聯(lián)合活性炭脫毒使水葫蘆發(fā)酵產(chǎn)氫量提高了111.1%；500升半連續(xù)中試得到水葫蘆發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的能源轉化效率達到51.3%。本文首先以高效產(chǎn)氫細菌陰溝腸桿菌Enterobacter cloacae CICC10017和產(chǎn)氣腸桿菌Enterobacter aerogenes ATCC13408為主要研究對象,對其過表達外源產(chǎn)氫增強基因后的氫酶活性、利用葡萄糖的產(chǎn)氫能力和代謝途徑進行了研究。陰溝腸桿菌E. cloacae CICC10017在過表達了一種產(chǎn)氫增強基因后,氫酶活性由原來的270.93ml-H2/（g-DW·h）提高到了534.78ml-H2/（g-DW-h）,單位底物產(chǎn)氫量也由1.29mol-H2/mol-葡萄糖提高到了2.54mol-H... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
前言
摘要
Abstract
目錄
1 緒論
    1.1 氫能的研究意義
    1.2 微生物制氫的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 產(chǎn)氫微生物的種類
        1.2.2 微生物的產(chǎn)氫機制
        1.2.3 氫酶的特點分類
        1.2.4 生物制氫的關鍵技術
        1.2.5 生物制氫的限制瓶頸
    1.3 本文研究目的和內(nèi)容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究內(nèi)容
2 實驗材料和方法
    2.1 產(chǎn)氫菌種基因改造實驗
        2.1.1 材料和試劑
        2.1.2 基因改造方法
        2.1.3 實驗設備
    2.2 細菌氫酶活性測定
        2.2.1 材料和試劑
        2.2.2 實驗裝置
        2.2.3 氫酶活性測定方法
    2.3 混合產(chǎn)氫菌和產(chǎn)甲烷菌的培養(yǎng)富集
        2.3.1 培養(yǎng)基的配制
        2.3.2 混合菌群富集方法
    2.4 發(fā)酵產(chǎn)氫及聯(lián)產(chǎn)甲烷系統(tǒng)
        2.4.1 實驗室小試發(fā)酵系統(tǒng)
        2.4.2 中試發(fā)酵系統(tǒng)
        2.4.3 附屬設備
    2.5 發(fā)酵原料與產(chǎn)物的分析測定
        2.5.1 發(fā)酵原料的TVS測定方法
        2.5.2 還原糖的測定方法
        2.5.3 有機物化學成分的測定方法
        2.5.4 生物氣成分與濃度測定方法
        2.5.5 發(fā)酵液相副產(chǎn)物的測定方法
3 基因改造細菌的氫酶活性分析
    3.1 引言
    3.2 陰溝腸桿菌基因改造前后的氫酶活性
        3.2.1 促進產(chǎn)氫蛋白HPP基因的過表達
        3.2.2 E.cloacae CICC10017/HPP的氫酶活性
    3.3 產(chǎn)氣腸桿菌基因改造前后的氫酶活性
        3.3.1 E.aerogenes氫酶操縱子大小亞基基因hycE和hycG的表達
        3.3.2 E.aerogenes/HycE和E.aerogenes/HycG的氫酶活性
        3.3.3 藍藻Synechocystis sp.PCC 6803氫酶hoxUYH基因的表達
        3.3.4 E.aerogenes/HoxUYH的氫酶活性
    3.4 本章小結
4 基因改造細菌的發(fā)酵產(chǎn)氫能力和代謝分析
    4.1 引言
    4.2 陰溝腸桿菌基因改造后的產(chǎn)氫特性和代謝分析
        4.2.1 E.cloacae CICC10017/HPP的產(chǎn)氫特性
        4.2.2 氮源對發(fā)酵產(chǎn)氫的影響
        4.2.3 發(fā)酵液相副產(chǎn)物及代謝途徑分析
    4.3 產(chǎn)氣腸桿菌過表達氫酶大小亞基基因后的產(chǎn)氫特性及代謝分析
        4.3.1 E.aerogenes/HycE和E.aerogenes/HycG的產(chǎn)氫特性
        4.3.2 發(fā)酵液相副產(chǎn)物及代謝途徑分析
    4.4 產(chǎn)氣腸桿菌過表達藍藻氫酶后的產(chǎn)氫特性及代謝分析
        4.4.1 E.aerogenes/HoxUYH的產(chǎn)氫特性
        4.4.2 發(fā)酵液相副產(chǎn)物及代謝途徑分析
    4.5 本章小結
5 基因改造細菌利用水葫蘆的發(fā)酵產(chǎn)氫特性
    5.1 實驗方案
    5.2 陰溝腸桿菌基因改造后利用預處理水葫蘆的產(chǎn)氫結果
    5.3 產(chǎn)氣腸桿菌過表達氫酶大小亞基基因后利用預處理水葫蘆的產(chǎn)氫結果
    5.4 產(chǎn)氣腸桿菌過表達藍藻氫酶后利用預處理水葫蘆的產(chǎn)氫結果
    5.5 本章小結
6 三大類有機物發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的研究
    6.1 引言
    6.2 木糖發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷
        6.2.1 實驗方案
        6.2.2 產(chǎn)氫菌的培養(yǎng)與馴化
        6.2.3 產(chǎn)氫菌群落的16S rDNA基因分析
        6.2.4 木糖發(fā)酵產(chǎn)氫結果
        6.2.5 聯(lián)產(chǎn)甲烷結果及液相成分分析
        6.2.6 聯(lián)產(chǎn)能源轉化效率
    6.3 蛋白質(zhì)發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷
        6.3.1 實驗方案
        6.3.2 脫脂奶粉和乳糖發(fā)酵產(chǎn)氫結果
        6.3.3 產(chǎn)氫廢液聯(lián)產(chǎn)甲烷結果
        6.3.4 乳蛋白發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的分析
        6.3.5 聯(lián)產(chǎn)能源轉化效率
    6.4 油脂發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷
        6.4.1 實驗方案
        6.4.2 產(chǎn)氫菌的培養(yǎng)與馴化
        6.4.3 油脂發(fā)酵產(chǎn)氫的影響因素
        6.4.4 聯(lián)產(chǎn)甲烷結果及液相成分分析
        6.4.5 聯(lián)產(chǎn)能源轉化效率
    6.5 本章小結
7 水葫蘆經(jīng)稀酸/微波/酶預處理發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的研究
    7.1 引言
    7.2 實驗方法
        7.2.1 水葫蘆的預處理
        7.2.2 產(chǎn)氫菌的馴化培養(yǎng)
        7.2.3 實驗方案
        7.2.4 測試方法
    7.3 水葫蘆的水解糖化率
    7.4 活性炭脫毒對水葫蘆發(fā)酵產(chǎn)氫的影響
    7.5 產(chǎn)氫廢液發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)甲烷結果
    7.6 聯(lián)產(chǎn)能源轉化效率
    7.7 理論計算及討論
    7.8 本章小結
8 水葫蘆發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的500L中試研究
    8.1 引言
    8.2 500L中試實驗裝置
    8.3 水葫蘆的預處理方法
    8.4 500L中試聯(lián)產(chǎn)工藝流程
    8.5 中試實驗結果和討論
        8.5.1 水葫蘆水解糖化率及利用率
        8.5.2 水葫蘆中試半連續(xù)聯(lián)產(chǎn)氫氣甲烷結果
        8.5.3 中試聯(lián)產(chǎn)實驗的能源轉化效率
    8.6 本章小結
9 全文總結
    9.1 全文總結
    9.2 主要創(chuàng)新點
    9.3 工作不足與展望
參考文獻
攻讀博士學位期間參加科研項目和發(fā)表學術論文


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]光生物制氫技術研究進展與經(jīng)濟分析[J]. 孫紹暉,孫培勤,陳俊武.  現(xiàn)代化工. 2010(01)
[4]中國秸稈資源數(shù)量估算[J]. 畢于運,高春雨,王亞靜,李寶玉.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2009(12)
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博士論文
[1]重組產(chǎn)氣腸桿菌提高產(chǎn)氫效率的研究[D]. 趙錦芳.浙江大學 2009
[2]淀粉/纖維素類生物質(zhì)發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的機理研究[D]. 謝斌飛.浙江大學 2009

碩士論文
[1]水葫蘆微波水解和發(fā)酵制取燃料酒精的機理研究[D]. 俞聰.浙江大學 2010



本文編號：3344749