[发明专利]生物制氢生产方法和反应器

说明书

本申请要求2013年10月21日提交的、标题为“生物制氢生产方法和反应器”的美国 临时专利申请号61/893,447的优先权权益，该申请通过引用以其全文结合于此。

领域

本披露涉及氢的生产，更具体地，用微生物处理有机材料通过暗发酵用于生产氢。

背景

猛增的能源需求以及环境污染的问题通过用于处理工业废料的不同生物学方法 着手解决。通过暗发酵的生物制氢生产是一种已知的用于处理工业废料并且生产氢的方 法。

微生物能够通过光合作用或优选通过发酵生产氢[Matsunaga,T.,Hatano,T., Yamada,A.,Matsumoto,M.,(2000)在双相光生物反应器中通过光合细菌微好氧制氢. (Microaerobichydrogenproductionbyphotosytheticbacteriainadoublephase photobioreactor)生物技术.生物工程.(Biotechnol.Bioeng.)68(6),647-651]。这些有机 污染物是在酸化以及产甲烷这两个相异的阶段中厌氧地转化为甲烷。酸化产生作为一种副 产品的氢，该副产品进而在该方法的第二阶段通过许多产甲烷菌用来作为一种电子供体 [Fang,H.H.P.andLiu,H.(2002)pH对通过混合培养物从葡萄糖产氢的影响.(Effectof pHonhydrogenproductionfromglucosebyamixedculture)生物资源技术 (BioresourceTechnology)82,87-93]。用于从该第一阶段收集氢的这两个阶段的分离是 可行的。该第二阶段进一步用于该剩余酸化产品的处理，这些剩余酸化产品主要包括挥发 性脂肪酸(VFAs)。

连续搅拌槽反应器(CSTR)一直是最广泛使用的连续制氢系统[Li,C.,Fang, H.H.P.,(2007)从废水和固体废物通过混合培养物发酵制氢.(Fermentativehydrogen productionfromwastewaterandsolidwastesbymixedcultures)环境科学和技术 评论(CriticalreviewsinEnv.Sci.andTech.)，37,1-39]。由于在一种CSTR中的生物质 固体滞留时间(SRT)与液压保留时间(HRT)相同，在该混合溶液中其浓度受到所推荐的1- 12hHRT的大幅度影响，该推荐的HRT对于高的氢生产速率是最佳的[Li和Fang,2007]。用于 0.333h^-1混合培养物的最大比生长速率(μmax)对应于3.0h的SRT_最小[HoriuchiJ.I., ShimizuT.,TadaK.,KannoT.,KobayashiM.,(2002)在厌氧酸反应器中通过pH控制有机 酸的选择性生产.(Selectiveproductionoforganicacidsinanaerobicacid reactorbypHcontrol)生物资源技术82,209-13]。