[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

说明书

本发明公开了一种嗜热厌氧菌群及利用共底物产氢产电的方法与应用。本发明通过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，继续连续多代驯化培养，得到嗜热厌氧产氢混合菌群D进行产氢以及构建厌氧双室微生物燃料电池进行产电。本发明提供一种有效的驯化培养方法，且通过造纸污泥混合培养物和深层厌氧落叶腐泥混合培养物来源的菌群混合驯化培养后，得到的菌群的产氢能力更强；在共底物偶联混合金属改性固体碱的条件下，产氢量进一步提高，产氢速率也提高。

技术领域

本发明涉及能源转化技术领域，具体涉及一种嗜热厌氧菌群及利用共底物产氢产电的方法与应用。

背景技术

氢气是一种绿色环保，热值高，存储方便，输送便捷的绿色能源，其在燃烧后的产物只有水，有害气体和温室气体排放量为零，是公认的可替代化石燃料的可持续能源。传统制氢方法的转化率较低，不具备产业化能力。而暗发酵生物制氢的周期短，成本低，单位产率高而备受科学家的青睐。目前大多数的单一菌株暗发酵生物制氢存在抗逆性差，设备复杂，如耐酸性差及对无菌环境的依赖，限制了其工业化。而混合菌群具有较强的环境适应性，不需要无菌环境，体系稳定，抗逆性强等，是暗发酵生物产氢研究的热点。同时，微生物燃料电池(MFC)因其可持续环保、成本低廉等优点也被越来越多的关注，其阳极菌群的选择直接影响到MFC的产电效率，且研究发现混合菌群比单一菌群有更强的产电能力，目前的研究大多数集中在希瓦氏菌属和地杆菌属，对嗜热厌氧菌群作为MFC阳极生物膜的研究还处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种利用共底物产氢产电的方法。

本发明的目的之二在于提供上述利用共底物产氢产电的方法的应用。

本发明的目的之三在于提供一种嗜热厌氧菌群，通过上述方法得到。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用共底物产氢产电的方法，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；

(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(TUDA)预处理木质纤维质生物质得到的物质；优选通过如下步骤得到：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；更优选通过如下步骤得到：以2％ 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6％(w/v)；置于频率为20kHz的超声波环境下，于高功率760W作用20min，然后低功率190W作用60min；接着将超声处理得到的体系于90℃水浴处理2h，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。