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http://www.paper.edu.cn -1- 中国科技论文在线光合细菌产氢系统累积热量对产氢量的影响1 荆艳艳张相锋岳建芝李刚申翔伟张全国※ 河南农业大学机电工程学院郑州450002 E-mail:jingyanyan123126.com 摘 要以光合细菌混合菌群为实验菌种采用单因子实验的方法研究了光合细菌产氢系统累积热量对产氢量的影响。
结果表明当初始温度较低时系统累积热量有利于产氢量的提高初始温度高于30℃时累积热量不利于产氢量的提高光照强度在500Lx3000Lx范围内系统累积热量有利于产氢量的提高并且光照强度越大累积热量越多产氢量增加的也越多接种量在550时系统的累积热量也有利于产氢量的提高其中5、10、20和50接种的系统产氢量分别增加了43 mL、89 mL、103 mL和30 mL。
该文为光合细菌制氢技术的工业化以及光合生物制氢反应器运行过程中温度控制系统的设计提供依据和科学参考。
关键词光合细菌产氢累积热量产氢量 中图分类号TK 1.引言 光合细菌产氢速率快底物利用充分而且能将产氢与太阳能利用、有机废弃物的处理相结合是一种理想的制氢方法1-4目前光合细菌产氢的研究多采用纯菌种试验研究的内容包括产氢工艺的优化56、高效产氢菌株的筛选7及细胞固定化制氢8-10等。
厦门大学的龙敏南等人研究了光合细菌的可溶性氢酶的理化性质及初级结构中科院化学所的马淑华、张小东等人从2000年开始对红假单胞菌的光合反应中心电子传递的机理、结构以及结构与功能之间的关系进行了较为深入的研究浙江农大、山东大学、中科院微生物研究所等单位在光合制氢技术各方面亦取得了重大进步。
基于对光合细菌产氢各影响因素的研究和光合产氢菌群生长动力学的基础性研究11-12可知光合细菌利用有机废弃物进行细胞新陈代谢的产氢过程属于放热反应会造成产氢系统热量累积13-15影响菌体的产氢效率而且光合细菌产氢系统热量的累积还会使光合反应器产生温度应力变形16影响光合反应器的研制。
本文研究光合细菌产氢系统的累积热量对产氢量的影响规律目的在于加深对光合生物制氢过程中光合细菌的产氢能力与环境因素的关系的认识为光合细菌制氢技术的工业化以及提高产氢能力提供理论依据同时也为光合生物制氢反应器温度控制系统的设计提供依据和科学参考。
2. 实验材料与方法 2.1 实验材料 2.1.1 产氢菌种 本实验所用的光合细菌属于红螺菌科是本课题组成员在四个季节分别从郑州污水处理厂、郑州新大牧业养猪厂、郑州市西流湖、郑州市郊豆腐加工厂、河南农科院实验田、郑州市金水河六个地点取样后按照不同细菌的生长条件进行富集、分离、培养、筛选而获得的 1本课题得到教育部博士点基金和国家自然科学基金资助教育部博士点基金项目太阳能光合生物制氢过程的热动力学研究批准号20060466001国家自然科学基金项目光合生物制氢体系的热效应及其产氢机理研究批准号50676029。
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2.1.2 培养基 蒸馏水1000mLNaCl 0.2gMgSO4 0.18gKH2PO4 1.5gNH4Cl 0.4g/LCaCl2 0.05gK2HPO4 0.6g乙酸钠 3g酵母膏 2g微量元素 1mL生长因子1mL葡萄糖浓度3.0PH值 7.0。
2.1.3 培养工艺 将培养基放入50 mL的三角瓶内并接种10处于对数生长期的光合菌液塞上橡皮塞置于距150 W钨丝灯20 cm处在36℃的恒温箱中厌氧培养并定期测定菌液浓度。
2.2 实验方法 2.2.1 实验装置 1 光源 2 导气管 3 恒温箱 4 抽真空反应瓶 5 收集瓶 6 贮水瓶 7 精密数字温度计 8 计算机 9 温度计感应器 图1 光合细菌产氢系统的实验装置 Fig.1 Experiment equipment of the hydrogen production system 光合细菌在产氢的过程中由于细菌的新陈代谢作用系统温度会发生变化使系统累积热量不断增加从而影响产氢的效率。
在研究产氢系统累积热量对产氢量的影响规律及影响程度大小时实验设计将有热量累积的系统Ⅰ和无热量累积的系统Ⅱ的产氢量大小进行比较从而分析出累积热量对光合细菌产氢能力的影响规律。
两系统的实验装置相同如图1所示。
其