[发明专利]一种促进玉米秸秆光合产氢的方法

说明书

一种促进玉米秸秆光合产氢的方法，属于生物质光合制氢技术领域，包括如下步骤：（1）将产氢培养基、玉米秸秆和纤维素酶加入光合反应器中；（2）将HAU‑M1光合产氢菌群接种到光合反应器中，菌液体积为总反应液体积的20~30%；总反应液体积=产氢培养基体积+菌液体积；（3）调节反应器内pH值及温度；（4）将产氢促进剂加入光合反应器中，收集气体。本发明具有下述优点：以玉米秸秆为原料，提高了光合产氢的能力，利于获得更多清洁能源氢气；一方面，添加产氢促进剂可以提高氢气产量，提高了产氢持续时间，产氢持续时间可达96 h；另一方面，可以利用玉米秸秆发酵产氢，将清洁能源生产与资源循环利用结合。

技术领域

本发明属于生物质光合制氢技术领域，具体涉及一种促进玉米秸秆光合产氢的方法。

背景技术

以化石燃料为主的传统能源逐渐短缺，且其带来的环境问题日趋严重，因此，如何开发利用高效、低成本的可再生资源与能源已经成为当今人类可持续发展的重点之一。氢能不但能量密度高、燃烧产物无污染，而且热值高（142.35 kJ/g），为汽油的2.75倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，被认为是21世纪最有前景的清洁能源，还被认为是化石能源最理想的替代能源。目前制氢的常用方法是热催化重整和水电解法，然而，这些技术需要消耗大量能源，成本较高。环境友好型的生物制氢科学技术利用微生物代谢进行产氢，产氢过程中不消耗其他能源，是一种极具前景的制氢技术。利用玉米秸秆进行光发酵产氢可在生产氢气的同时避免了资源的浪费。

光合细菌可在光能的作用下将碳水化合物、小分子有机酸等转化为氢气。目前光合细菌产氢转换效率远远低于理论的12 mol H₂/mol glucose的理论产氢量。纳米四氧化三铁具有表面与界面效应和小尺寸效应，能够加速电子的转移，同时缓释出的Fe²⁺/Fe³⁺离子对能够对氢化酶活性有重要的影响。目前尚未见关于利用纳米四氧化三铁、二氧化钛或维生素B4促进光合细菌利用玉米秸秆产氢的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米四氧化三铁促进玉米秸秆光合产氢的方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种促进玉米秸秆光合产氢的方法，包括如下步骤：

（1）将产氢培养基、玉米秸秆和纤维素酶加入光合反应器中；

（2）将HAU-M1光合产氢菌群接种到光合反应器中，菌液体积为总反应液体积的20~30%；总反应液体积=产氢培养基体积+菌液体积；

（3）调节反应器内pH值及温度；

（4）将产氢促进剂加入光合反应器中，收集气体。

进一步地，所述步骤（2）中的HAU-M1光合产氢菌群由河南农业大学农业部农村可再生能源新材料与装备重点实验室提供，以数量比计，由27%的深红红螺菌（Rhodospirillum rubrum）、36%的荚膜红细菌(Rhodopseudomonas capsulata)、28%的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)和9%的类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）组成；接种细菌处于生长对数期末期，此时细菌的质量浓度为1.2 g/L。

进一步地，所述产氢促进剂为纳米四氧化三铁、纳米二氧化钛或维生素B4。

进一步地，当产氢促进剂为纳米四氧化三铁时，玉米秸秆与纤维素酶在总反应液体积中的浓度分别为30 g/L和4.5 g/L，纳米四氧化三铁粒径为20~100 nm，Fe₃O₄在总反应液体积中的浓度为25~100 mg/L。