[发明专利]一种嗜热厌氧菌群及利用共底物产氢产电的方法与应用

权利要求书

1.一种利用共底物产氢产电的方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)在45～65℃，以1～10g/L的PSCB为碳源，分别连续多代驯化培养造纸污泥混合培养物和深层厌氧落叶腐泥混合培养物，得到嗜热厌氧产氢混合菌群A和嗜热厌氧产氢混合菌群B；

(2)将步骤(1)得到的嗜热厌氧产氢混合菌群A和嗜热厌氧产氢混合菌群B混合，得到混合菌群C；在45～65℃，以1～10g/L的PSCB为碳源，连续多代驯化培养混合菌群C，得到嗜热厌氧产氢混合菌群D；

(3)配制产氢反应溶液，加入步骤(2)得到的嗜热厌氧产氢混合菌群D进行产氢；产氢反应溶液含有底物，或是含有底物和金属改性固体碱，溶剂为驯化培养的培养基；底物为PSCB和餐厨垃圾；

(4)构建以嗜热厌氧产氢混合菌群D为阳极室导电材料生物膜催化剂，铁氰化钾溶液为阴极室阴极液，以质子膜连接阴阳两室的厌氧双室微生物燃料电池，进行产电；

步骤(1)和步骤(2)中所述的PSCB为采用两阶段超声波破碎辅助稀硫酸法预处理木质纤维质生物质得到的物质；

步骤(3)中所述的金属改性固体碱是以木质纤维质基生物炭为载体的固体碱，水溶液成弱碱性，pH为8.0-9.0。

2.根据权利要求1所述的利用共底物产氢产电的方法，其特征在于：

所述的PSCB通过如下步骤得到：以1.5～2.5％H₂SO₄(w/v)为溶剂，与木质纤维质生物质混合，其中木质纤维质生物质的含量为5～10％(w/v)；置于频率为20kHz的超声波环境下，于高功率500～800W作用10～40min，然后低功率50～300W作用50～100min；接着将超声处理得到的体系于80～100℃水浴处理0.5～4h，用布氏漏斗真空抽滤后，烘干残渣，得到富含纤维素的底物PSCB；

步骤(1)和步骤(2)中所述的驯化培养的培养基的组成如下：0.9-1.30g/L硫酸铵、0.05-0.15g/L二水合氯化钙、0.50-1.00g/L六水合氯化镁、1.00-1.50g/L磷酸二氢钾、0.30-0.50g/L L-半胱氨酸、3.00-4.00g/L酵母浸粉、2.50-3.93g/L三水合磷酸氢二钾，水为溶剂，pH 5.5-7.3；

步骤(3)中所述的底物为PSCB和餐厨垃圾按质量比1～5：1～10配比得到的底物；

所述的木质纤维质基生物炭通过如下步骤制备得到：将PSCB研磨过100目筛后，密封，在氮气气氛下，0.5～1h内升温到500～800℃，维持该温度3～6h；

步骤(3)中所述的金属改性固体碱通过如下步骤制备得到：用可溶性金属盐溶液浸泡生物炭；固液分离，将得到的固体干燥至恒重，在无氧环境下煅烧，得到金属改性固体碱。

3.根据权利要求2所述的利用共底物产氢产电的方法，其特征在于：

所述的木质纤维质生物质来源为甘蔗渣、玉米秸秆、稻杆、杂草或其它具有适合含量综纤维素的农林废弃生物质，其纤维素含量在20～40％，半纤维素含量在2～15％；

步骤(1)和步骤(2)中所述的驯化培养的培养基的组成如下：1.30g/L硫酸铵、0.10g/L二水合氯化钙、1.00g/L六水合氯化镁、1.50g/L磷酸二氢钾、0.50g/L L-半胱氨酸、4.00g/L酵母浸粉、3.93g/L三水合磷酸氢二钾，水为溶剂，pH 6.7-7.3；

步骤(3)中所述的底物为PSCB和餐厨垃圾按1：1配比得到的底物；

所述的PSCB通过如下步骤处理后得到：经55℃恒温干燥至恒重后研磨过100目筛；

所述的餐厨垃圾通过如下步骤处理后得到：经55℃恒温干燥至恒重后研磨过100目筛；

所述的可溶性金属盐为FeCl₃、MnSO₄、Al(NO₃)₃、CaCl₂和NiCl₂中的至少一种；

所述的可溶性金属盐和所述的生物炭按质量比2～10：1～5配比；

所述的浸泡的条件为于45～55℃浸泡2～3h；

所述的固液分离的方式为过滤；

所述的干燥的条件为于105℃干燥3h；

所述的煅烧的操作步骤如下：在氮气气氛下，0.5～1h内升温到500～800℃，维持该温度3～6h。