[发明专利]一种生物制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备氢气的方法，尤其是涉及一种生物制氢的方法。

背景技术

利用微生物发酵生物质(有机废水、秸秆类农林废弃物、有机垃圾等)制氢，由于其环保，无污染，废物综合利用等优点而得到了广泛的应用，为处理低温条件下农林业有机废物，实现资源、能源、环境和经济的可持续发展具有现实意义。然而，目前的秸秆类木质纤维素的处理方法不仅不易分解，而且产氢率很低，很多方法都采用直接将分解木质素和生物制氢的过程合二为一，降低了每项反应的速率，不利于快速和高量产氢。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作控制容易，使用方便，可以依据微生物的生长条件而随时调节反应进程的生物制氢的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种生物制氢的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)纤维素预处理：将秸秆类生物质用搅拌机磨碎，再经60目过筛、酸解，配制成反应液；

(2)产丙酸克雷伯氏菌的接种：将步骤(1)得到的反应液置于连续流槽式搅拌反应器中，然后将产丙酸克雷伯氏菌置于反应器中，控制反应温度为34～36℃，pH值为3.0～9.0，搅拌速度为160～200rpm，接种上的产丙酸克雷伯氏菌对纤维素进行降解；

(3)制氢菌的驯化：将经步骤(2)降解得到的产物置于连续流槽式搅拌反应器中，控制反应温度为34～36℃，pH值为4.0～5.0，搅拌速度为150～160rpm，水力停留时间为4～8h，驯化得到制氢菌，该制氢菌降解反应器中的小分子糖类得到氢气。

步骤(1)中所述的酸解包括以下步骤：将浓度为1wt％的硫酸与磨碎的秸秆类生物质按固液比为1∶(6～10)混合，控制温度为121℃反应1h，然后经浓度为5mol/L的氢氧化钾中和即可。

所述的连续流槽式搅拌反应器的有效容积为19L。

所述的连续流槽式搅拌反应器的外壁上加缠电阻丝连接自动数显温控仪控制反应温度。

步骤(3)中所述的小分子糖类为葡萄糖。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明将产丙酸克雷伯氏菌降解纤维素以及产氢过程分离开来：产糖阶段和产氢阶段，产糖阶段适应产丙酸克雷伯氏菌的生长要求，更易将木质素降解成小分子葡萄糖；

(2)使用的连续流槽式搅拌反应器(CSTR)是适合高效产氢的一种生物制氢反应器，第二阶段的产氢过程也可在适应产氢菌生存的条件下进行；

(3)可以依据微生物的生长条件而随时调节反应进程，在细菌活性最高的情况下，纤维素的分解率达60％～70％；比产氢率达到7.29mLH₂/g-CDWh产氢速率达到25.4L/d；

(4)操作控制容易，使用方便。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种生物制氢的方法，包括以下工艺步骤：

(1)纤维素的预处理：将纤维素底物粉碎过60目筛，用1wt％硫酸在固液比为1∶8的条件下121℃酸解1h，然后用5mol/L氢氧化钾中和。

(2)产丙酸克雷伯氏菌的培养：在特定琼脂培养基上接种菌体，分离纯化。

(3)产丙酸克雷伯氏菌的接种：经处理后的纤维素置于有效容积为19L的1号CSTR生物制氢反应器中，加水至布满整个容器，调节温度为35℃、pH值为7.0，搅拌速度为180rpm，接种经过分离纯化的产丙酸克雷伯氏菌。过程中由于反应的持续进行会产生一定量的氢气，将之收集起来。

(4)产氢菌的驯化：经产丙酸克雷伯氏菌分解后纤维素大部分被降解成为了小分子糖类，是发酵法生物制氢菌的优良底物。用一个调节池将降解后的反应液储存起来并重新调节布水，作为2号CSTR的进水。调节温度为35℃、pH值为4.0，搅拌速度为150rpm，驯化出混合培养生物制氢系统。

(5)产氢过程：混合生物制氢系统降解小分子糖分产生氢气，同时产生乙醇，丁酸，乙酸，丙酸等液相末端发酵产物，这些液相发酵产物很容易被降解进行后续处理。在细菌活性最高的情况下，纤维素的分解率达65％；比产氢率达到7.29mLH₂/g-CDWh产氢速率达到25.4L/d。达到稳定期后氢气产量稳定，达到了无污染能源的高效产生的目的。

实施例2

一种生物制氢的方法，包括以下步骤：