[发明专利]一种秸秆制氢方法

说明书

技术领域    

本发明属于农业工程中的农村能源利用技术领域，具体涉及一种以秸秆作为原料，利用红螺杆菌混合菌群进行生物光合产氢的方法。

背景技术   

化石能源的大规模开发利用带来了严重的全球性环境问题，能源短缺、资源枯竭、环境恶化，油荒、电荒屡见不鲜。利用生物质制取高品位氢能源因其具有生产清洁能源和解决环境污染等优势受到关注，寻找一种高效、低成本的制氢方法是目前亟待解决的关键。秸秆中富含大量的木质纤维素，通过生物发酵等处理可以转化为可再生糖类资源，目前针对纤维素类生物质的预处理技术主要可分为物理法、化学法和生物法。物理法通常与其他方法合并使用，主要有机械粉碎、高能辐射、微波处理等，通过改变其物理结构增加纤维素与酶等接触的表面积。化学法有酸法、碱法、臭氧分解等，以除去半纤维素和木质素，但是该法对设备要求高，所用酸碱试剂不易回收，会造成污染等缺点。生物法主要采用白腐真菌和纤维素酶等对纤维素原料进行预处理，能耗低、操作简单、环境污染小，但处理周期长。对秸秆进行降解生成小分子酸、葡萄糖等物质，可以用做进一步进行高品位能源的生产。近几年已有少数学者利用不同的秸秆类原料通过不同的预处理方法进行发酵产氢，但产氢效率降低。我国秸秆类生物质资源丰富，却没有得到很好的利用。生物制氢技术因其生产成本高、产氢效率低，也一直没有得到行之有效的推广。

发明内容

本发明目的在于提供一种环保、高效的秸秆发酵与光合细菌联合制氢方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种秸秆制氢方法，其包括如下步骤：

①秸秆预处理：将洗净烘干后的秸秆粉碎，备用；

②秸秆酶解糖化：取2.5~4.5g粉碎后秸秆加入到100~200mL pH4.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再加入125～225mg 纤维素酶，在40℃～60℃条件下振荡反应40~60h，振荡速度135～165rpm，得反应料液a；

③光合细菌培养：将光合细菌球形红假单胞菌(Rhodopseudo monas phaeroides) AS 1.1737

菌株接种至生长培养基中，于25～35℃培养2～4天（处于生长对数期）；

④联合产氢：用碱液把反应料液a调至pH为 6～8，然后加入产氢培养基，按15~30%（v/v）的接种量接种步骤③培养的光合细菌，于温度25～35℃、光照强度2000～4000 lux条件下保持24小时后产氢，产氢持续时间6～10天。

本发明所使用的球形红假单胞菌(Rhodopseudo monas phaeroides) AS 1.1737菌株在题目为“光照度对猪粪污水条件下红假单胞菌光合产氢的影响”的期刊论文中被公开过，《农业工程学报》2005年09期，作者：张军合、张全国等。另外，在题目为“红假单胞菌利用畜禽粪便产氢能力的试验研究” 的期刊论文中也被公开过，《河南农业大学学报》2005年02期，作者：尤希凤、张全国等。

上述步骤③中生长培养基组分为：1 g/L NH₄Cl、2g/L NaHCO₃、1g/L酵母膏、0.2g/L K₂HPO₄、4g/L CH₃COONa、0.2g/L MgSO₄和2g/L NaCl。

上述步骤④中碱液为质量浓度40～50%的KOH溶液；产氢培养基组分为：0.4 g/L NH₄Cl、0.2 g/L MgCl₂、0.1 g/L酵母膏、0.5 g/L K₂HPO₄、2 g/L NaCl和3.56 g/L谷氨酸钠。

本发明所述的秸秆可以为高粱秸秆、玉米秸秆等常见农作物秸秆。

本发明探索出一种将秸秆应用于光合生物制氢的方法，不仅使秸秆这一农业废弃物得以利用，打破了大多数生物制氢原料为碳水化合物（例如：葡萄糖、淀粉及其含糖和淀粉的废水）的局限，降低了光合产氢的成本，实现了废物利用与能源产出的双重目标。由于光合细菌不能直接利用纤维素，因此秸秆原料需要经过一定的预处理才能被利用。利用秸秆进行光合生物制氢的技术步骤主要经历3个阶段：（1）秸秆类生物质球磨机械粉碎预处理；（2）纤维素原料经纤维素酶酶解，转化为可发酵糖或小分子酸；（3）可发酵糖或小分子酸经光合细菌新陈代谢反应产生氢气。