氫能是一種新型高能量密度的清潔能源,利用可以循環(huán)再生的生物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵制氫,是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外制氫領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和新能源技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。本文以富含糖類、淀粉和纖維素的生物質(zhì)為對(duì)象,對(duì)暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫進(jìn)行了機(jī)理研究。研究中采用高溫高壓微波加熱結(jié)合酸堿溶液的預(yù)處理方法,促進(jìn)了纖維素類生物質(zhì)高效水解；在暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫工藝中采用混菌技術(shù),極大地提高了產(chǎn)氫效率,使水葫蘆和稻稈等纖維素類生物質(zhì)的產(chǎn)氫量達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。本文利用葡萄糖作為底物、丁酸梭菌（Clostridium butyricum）和沼澤紅假單胞菌（Rhodopseudomonas palustris）分別作為暗發(fā)酵和光發(fā)酵的產(chǎn)氫菌種,進(jìn)行兩階段分批式發(fā)酵產(chǎn)氫的可行性實(shí)驗(yàn)研究。在暗發(fā)酵階段,葡萄糖為20g/1時(shí)得到最大產(chǎn)氫率為1.72mol H2/mol葡萄糖,最大產(chǎn)氫速率為100ml H2/h,主要液相副產(chǎn)物是乙酸和丁酸等小分子有機(jī)酸；在光發(fā)酵階段,暗發(fā)酵尾液被沼澤紅假單胞菌利用繼續(xù)產(chǎn)氫,最大產(chǎn)氫率為4.16mol H2/mol葡萄糖（10g/l時(shí)得到）,最大產(chǎn)氫速率為118ml H2/l/h,暗發(fā)酵副產(chǎn)物中90%以上的有機(jī)酸... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
前言
摘要
Abstract
目錄
1 緒論
    1.1 氫能與氫能經(jīng)濟(jì)
        1.1.1 能源、環(huán)境與社會(huì)發(fā)展
        1.1.2 國(guó)際能源利用現(xiàn)狀
        1.1.3 氫能的優(yōu)點(diǎn)
        1.1.4 氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展
    1.2 氫能的利用
        1.2.1 氫能的制備
        1.2.2 氫能的儲(chǔ)存
        1.2.3 氫能的應(yīng)用
    1.3 微生物制氫技術(shù)
        1.3.1 微生物制氫方法
        1.3.2 不同制氫技術(shù)的特點(diǎn)
        1.3.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.4 發(fā)酵制氫技術(shù)的難點(diǎn)
    1.4 本論文研究目的和內(nèi)容
        1.4.1 本課題的提出和研究目的
        1.4.2 本課題研究?jī)?nèi)容
2 暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    2.1 耦合產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)裝置
        2.1.1 產(chǎn)氫工藝流程
        2.1.2 產(chǎn)氫發(fā)酵系統(tǒng)
        2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量與控制
        2.2.1 溫度
        2.2.2 pH值
        2.2.3 光照
    2.3 產(chǎn)氫菌種的分離富集和培養(yǎng)馴化
        2.3.1 產(chǎn)氫培養(yǎng)基
        2.3.2 產(chǎn)氫菌種的分離富集
        2.3.3 產(chǎn)氫菌種的培養(yǎng)和馴化
    2.4 原料和產(chǎn)物的分析檢測(cè)
        2.4.1 原料的測(cè)定
        2.4.2 產(chǎn)物的測(cè)定
    2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法
3 葡萄糖暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫的機(jī)理研究
    3.1 引言
    3.2 暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫機(jī)理
        3.2.1 葡萄糖發(fā)酵代謝途徑
        3.2.2 耦合產(chǎn)氫機(jī)理
    3.3 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        3.3.1 產(chǎn)氫菌和培養(yǎng)基
        3.3.2 暗發(fā)酵培養(yǎng)基成分的優(yōu)化
        3.3.3 光發(fā)酵產(chǎn)氫方案
    3.4 丁酸梭菌暗發(fā)酵產(chǎn)氫
        3.4.1 培養(yǎng)基最佳成分的篩選
        3.4.2 最佳培養(yǎng)基的驗(yàn)證
        3.4.3 無(wú)機(jī)鹽對(duì)產(chǎn)氫的影響
        3.4.4 葡萄糖對(duì)產(chǎn)氫的影響
        3.4.5 暗發(fā)酵尾液成分分析
    3.5 沼澤紅假單胞菌光發(fā)酵產(chǎn)氫
        3.5.1 R.palustris的產(chǎn)氫特性
        3.5.2 R.palustris利用暗發(fā)酵尾液產(chǎn)氫
        3.5.3 有機(jī)酸的去除
    3.6 熱值轉(zhuǎn)化效率的分析和計(jì)算
    3.7 本章小結(jié)
4 木薯淀粉暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫特性研究
    4.1 引言
    4.2 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        4.2.1 菌種和培養(yǎng)基
        4.2.2 底物預(yù)處理
        4.2.3 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)過(guò)程
    4.3 暗發(fā)酵產(chǎn)氫特性
        4.3.1 預(yù)處理對(duì)暗發(fā)酵產(chǎn)氫的影響
        4.3.2 暗發(fā)酵尾液成分分析
    4.4 光發(fā)酵產(chǎn)氫特性
        4.4.1 R.palustris光發(fā)酵產(chǎn)氫
        4.4.2 光發(fā)酵中有機(jī)酸的利用
        4.4.3 暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫結(jié)果
    4.5 熱值轉(zhuǎn)化效率的分析和計(jì)算
    4.6 本章小結(jié)
5 混合菌種優(yōu)化暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫的研究
    5.1 引言
    5.2 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        5.2.1 菌種和培養(yǎng)基
        5.2.2 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        5.2.3 細(xì)胞固定化
        5.2.4 響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
    5.3 暗發(fā)酵產(chǎn)氫優(yōu)化
        5.3.1 響應(yīng)曲面法優(yōu)化產(chǎn)氫條件
        5.3.2 優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證
        5.3.3 暗發(fā)酵尾液成分
    5.4 光發(fā)酵產(chǎn)氫優(yōu)化
        5.4.1 固定化和游離態(tài)菌種的產(chǎn)氫特性
        5.4.2 固定化光合混菌光發(fā)酵產(chǎn)氫
    5.5 暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫優(yōu)化結(jié)果
    5.6 熱值轉(zhuǎn)化效率的分析和計(jì)算
    5.7 本章小結(jié)
6 稻稈經(jīng)微波/堿/酶水解的暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫特性
    6.1 引言
    6.2 微波加熱
        6.2.1 微波加熱原理
        6.2.2 微波加熱特點(diǎn)
    6.3 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        6.3.1 菌種和培養(yǎng)基
        6.3.2 底物預(yù)處理
        6.3.3 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)過(guò)程
    6.4 微波/堿預(yù)處理對(duì)稻稈糖化的影響
        6.4.1 稻稈的理論還原糖產(chǎn)率
        6.4.2 NaOH濃度對(duì)還原糖產(chǎn)量的影響
        6.4.3 預(yù)處理時(shí)間對(duì)還原糖產(chǎn)量的影響
        6.4.4 預(yù)處理溫度對(duì)還原糖產(chǎn)量的影響
        6.4.5 稻稈濃度對(duì)還原糖產(chǎn)量的影響
    6.5 預(yù)處理稻稈的暗發(fā)酵產(chǎn)氫特性
    6.6 稻稈暗發(fā)酵尾液的光發(fā)酵產(chǎn)氫特性
    6.7 稻稈產(chǎn)氫潛力和熱值轉(zhuǎn)化效率
    6.8 本章小結(jié)
7 水葫蘆經(jīng)微波/堿/酶水解的暗發(fā)酵和光發(fā)酵耦合產(chǎn)氫特性
    7.1 引言
    7.2 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        7.2.1 菌種和培養(yǎng)基
        7.2.2 底物預(yù)處理
        7.2.3 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)過(guò)程
    7.3 水葫蘆降解成還原糖
        7.3.1 水葫蘆成分和理論還原糖產(chǎn)率
        7.3.2 預(yù)處理方法對(duì)還原糖產(chǎn)量的影響
        7.3.3 還原糖的成分
    7.4 水葫蘆的暗發(fā)酵產(chǎn)氫特性
        7.4.1 預(yù)處理方法對(duì)暗發(fā)酵產(chǎn)氫的影響
        7.4.2 暗發(fā)酵尾液成分分析
    7.5 水葫蘆暗發(fā)酵尾液的光發(fā)酵產(chǎn)氫特性
        7.5.1 R.palustris利用乙酸產(chǎn)氫
        7.5.2 固定化R.palustris利用暗發(fā)酵尾液產(chǎn)氫
    7.6 水葫蘆產(chǎn)氫潛力和熱值轉(zhuǎn)化效率
    7.7 本章小結(jié)
8 高溫高壓微波/酸/酶水解水葫蘆的耦合產(chǎn)氫特性研究
    8.1 前言
    8.2 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        8.2.1 菌種和培養(yǎng)基
        8.2.2 底物預(yù)處理
        8.2.3 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)過(guò)程
    8.3 微波加熱/酸/酶水解對(duì)還原糖產(chǎn)量的影響
        8.3.1 水葫蘆理論和實(shí)驗(yàn)還原糖產(chǎn)率
        8.3.2 水葫蘆還原糖成分分析
        8.3.3 水葫蘆預(yù)處理的副產(chǎn)物
    8.4 預(yù)處理水葫蘆的暗發(fā)酵產(chǎn)氫特性
        8.4.1 暗發(fā)酵產(chǎn)氫動(dòng)力學(xué)
        8.4.2 暗發(fā)酵中還原糖的利用
        8.4.3 暗發(fā)酵中副產(chǎn)物的特性
    8.5 水葫蘆暗發(fā)酵尾液的光發(fā)酵產(chǎn)氫特性
    8.6 熱值轉(zhuǎn)化效率分析和計(jì)算
    8.7 本章小結(jié)
9 水葫蘆耦合產(chǎn)氫的5升半連續(xù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)研究
    9.1 微生物培養(yǎng)方式
        9.1.1 分批培養(yǎng)
        9.1.2 連續(xù)培養(yǎng)
        9.1.3 補(bǔ)料分批培養(yǎng)
    9.2 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)方案
        9.2.1 工藝流程
        9.2.2 菌種和培養(yǎng)基
        9.2.3 底物預(yù)處理
        9.2.4 產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)過(guò)程
    9.3 水葫蘆半連續(xù)發(fā)酵的產(chǎn)糖和產(chǎn)氫特性
        9.3.1 水葫蘆降解成還原糖
        9.3.2 水葫蘆半連續(xù)暗發(fā)酵產(chǎn)氫特性
        9.3.3 暗發(fā)酵尾液進(jìn)行半連續(xù)光發(fā)酵產(chǎn)氫
        9.3.4 熱值轉(zhuǎn)化效率的分析和計(jì)算
    9.4 半連續(xù)發(fā)酵放大實(shí)驗(yàn)的影響因素分析
    9.5 本章小結(jié)
10 全文總結(jié)
    10.1 主要研究成果
    10.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    10.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生物制氫技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用前景[J]. 任南琪,郭婉茜,劉冰峰.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(06)
[2]生物制氫技術(shù)發(fā)展歷程及其特征[J]. 申翔偉,周雪花,杜金宇,荊艷艷.  太陽(yáng)能. 2010(01)
[3]Dynamic changes of microbial community diversity in a photohydrogen producing reactor monitored by PCR-DGGE[J]. YING Yanling1, LV Zhenmei1, MIN Hang1, CHENG Jun2 1. Institution of Microbiology, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China. 2. State Key Lab of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China.  Journal of Environmental Sciences. 2008(09)
[4]綠藻光合生物制氫技術(shù)進(jìn)展[J]. 徐斐,何定兵,胥義.  工業(yè)微生物. 2007(04)
[5]綠藻高效制氫影響因素的研究[J]. 潘麗霞,楊登峰,梁智群.  中國(guó)生物工程雜志. 2007(04)
[6]生物質(zhì)制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 陳冠益,高文學(xué),馬文超.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2006(12)
[7]生物制氫研究進(jìn)展（Ⅱ） 應(yīng)用與前景[J]. 柯水洲,馬晶偉.  化工進(jìn)展. 2006(09)
[8]生物制氫研究進(jìn)展（Ⅰ） 產(chǎn)氫機(jī)理與研究動(dòng)態(tài)[J]. 柯水洲,馬晶偉.  化工進(jìn)展. 2006(09)
[9]焦?fàn)t煤氣制氫系統(tǒng)的優(yōu)化[J]. 任培兵,張振廣,解紅梅,吳淑軍,哈恩平.  燃料與化工. 2006(02)
[10]儲(chǔ)氫研究進(jìn)展[J]. 許煒,陶占良,陳軍.  化學(xué)進(jìn)展. 2006(Z1)

博士論文
[1]淀粉/纖維素類生物質(zhì)發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的機(jī)理研究[D]. 謝斌飛.浙江大學(xué) 2009
[2]光合細(xì)菌利用低分子有機(jī)酸產(chǎn)氫的試驗(yàn)研究[D]. 陳明.浙江大學(xué) 2008

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



本文編號(hào)：3630594