生物制氢的研究现状及前景

氢气是一种清洁的、可更新的能源.与其他制氢方法相比,生物制氢具有无污染、成本低、可再生等优点,因而受到人们广泛的关注.本文综述了目前国内外生物制氢技术各个方面的研究进展和成果,并详细描述了光合产氢细菌及发酵产氢细菌等主要产氢生物的产氢机制.     

不产氧光合细菌分离鉴定及其产氢菌株的快速筛选

为建立产氢不产氧光合菌株的快速筛选方法,从采自陕西、河南、安徽3个省8份不同水样中分离出的不产氧光合细菌,通过菌落形态、革兰氏染色、细菌特征峰及16SrDNA鉴定等方法进行初步鉴定获得不产氧光合细菌,同时利用自制的产氢菌株快速筛选系统对其产氢能力进行检测,并分析菌液终点氧化还原电位与细胞产氢的关系。结果表明:共分离得到31株光合细菌,其中18株沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、5株荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)、4株球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)和2株固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans),此外还有2株菌与Rhodobacter sp.TCRI 14相似。这些光合细菌的产氢能力存在显著差异,其中3株产氢性能较高,2株为沼泽红假单胞菌,1株为球形红细菌。通过菌液终点氧化还原电位与细胞产氢能力对比,发现产氢较高的菌株其菌液的终点氧化还原电位也明显较低。     

光合细菌微生物产氢研究进展

介绍了光合细菌的光合放氢、黑暗产氢机制和催化产氢的酶,固定化、混合培养、先生物反应器和基因工程等实用化技术在光合细菌产氢研究中的应用现状,对存在的问题进行了讨论,并就光合制氢技术的发展和应用前景进行了展望。     

光合细菌高效产氢菌群在猪粪污水中产氢量的研究

选用混合光合细菌高效产氢菌群,以猪粪污水为原料,研究了不同条件下的光合产氢量.研究表明:产氢量随原料浓度的升高而增大,考虑到工业化应用,其原料浓度(以COD表示)一般为5 000 mg.L-1;温度对产氢有比较显著的影响,该菌群产氢最适温度为30℃;产氢活性随光照度的增大而增大,当光照度高于1 000 lx时比低于1 000 lx时的产氢活性显著提高,光照度为1 600 lx时产氢量达到最大;该菌群适宜产氢的pH值在6.5~7.5之间,当pH值为7.0时产氢量达到最大;稳定产氢时其氧化还原电位稳定在-250 mV.     

光合产氢菌群生长特性的研究

[目的]研究光合制氢过程中光合产氢菌群生长繁殖与环境条件,为大规模培养条件的优化提供依据。[方法]研究光合产氢菌群在不同温度、接种量、光照强度、pH值等培养条件下生长状况。[结果]光合产氢菌群比较适宜的生长条件为:温度30℃,光照强度大于1 000 lx,pH值7左右,接种量10%。[结论]光照强度、温度和pH值对光合产氢菌群生长的影响较大,接种量对光合产氢菌群生长的影响较小。恒光照是保证光合产氢菌群生长的重要条件。     

光合细菌的基本特性及应用价值

本文综述了光合细菌的主要特征及应用价值。主要介绍了光合细菌的分类、形态、增殖方式、细胞成分、生理特性及其在农业、环境保护和产氢面的应用价值。     

连续制氢反应器中光合细菌特性试验研究

[目的]为光合细菌制氢的工业化发展奠定基础。[方法]以光合细菌混合菌群为试验菌种,研究其在连续制氢反应器中的浓度变化、产氢特性及细菌数量与产氢量的关系。[结果]连续制氢反应器的2#、3#隔室光合细菌浓度最大,产氢量也最大。同一隔室内,第2、3 d光合细菌浓度和产氢量均达到最大。[结论]产氢量随反应器中光合细菌数量的减少而减少。     

反应器顶部气体成分对光合细菌生长和产氢量的影响

研究了反应器顶部在CO_2,N_2,Ar和空气条件下对光合细菌生长和产氢量的影响.试验结果表明,光合细菌在Ar条件下具有最佳的生长和产氢能力,而N_2、空气和CO_2条件下的产氢量比Ar条件下分别减少了66.97%,11.64%,4.57%.当反应器顶部空气量由反应器容积的1/20增加至1/2时,其容积产氢率则由3.034 L·L~(-1)下降到2.57 L·L~(-1),分别是Ar条件下的92.16%和76.07%.反应器初始状态下少量空气的存在并没有对光合细菌产氢产生完全抑制作用,因此连续制氢反应器设计中可以忽略少量空气的影响.     

环流型光生物反应器光合产氢运行条件的研究

采用环流型光生物反应器,利用光合细菌产氢优势菌群,以猪粪污水为产氢基质,从污水基质浓度、温度、光照度、pH值、氧化还原电位等方面探讨了环流型光生物反应器光合产氢稳定运行的工程控制参数。研究表明,产氢量随基质浓度的升高而增大,考虑到工业化应用,其基质浓度一般为5000mg·L-1;温度对产氢量有显著影响,其最适运行条件为(30±1)℃;光照强度高于1000lx时比低于1000lx时的产氢量显著提高,光照强度为1600lx时产氢量达到最大;反应器运行时适宜产氢的pH值在6.5～7.5之间,当pH值为7.0时产氢量最大;该反应器稳定运行时其氧化还原电位始终稳定在Eh=-250mV。     

光合细菌类胡萝卜素研究

阐述了类胡萝卜素在光合细菌光合作用中的重要功能以及在色素蛋白复合体中的立体空间结构和功能。详细描述了光合细菌非环状类胡萝卜素合成途径以及合成途径中重要抑制位点、类胡萝卜素生物合成酶基因及分子调控机制。对类胡萝卜素影响生物产氢进行了分析和评述。对光合细菌类胡萝卜素研究中存在的问题和发展趋势进行了讨论。     

光合细菌制氢工艺参数对产热量的影响

研究了光合细菌制氢工艺参数时产热量的影响.结果表明,初始温度、接种量、光照度、PSB初期活性和pH值等制氢工艺参数对系统产热量均有明显影响,而且产生较高热量的光合细菌制氢工艺条件为初始温度30℃,光照度2 000～3 000 lx.接种量50%～100%,pH值7.0,PSB初期活性72 h.     

1株紫色非硫光合细菌的分离鉴定

[目的]为紫色非硫光合细菌的应用研究打下基础。[方法]从杭州养鱼塘水样和底泥样品中分离纯化到1株紫色非硫光合细菌菌株,通过对其细胞形态观察、活细胞色素吸收光谱测定及生理生化特征研究等进行分类鉴定。[结果]HZ-1菌株可在光照厌氧或黑暗好氧条件下生长;菌体呈短杆状,稍弯,为革兰氏阴性菌株;含有细菌叶绿素a和类胡萝卜素;接触酶试验、吲哚试验、硝酸盐还原试验阳性,硫化氢生成试验、明胶液化试验阴性。[结论]通过对分离纯化的紫色非硫光合细菌菌株的分类鉴定,判断菌株HZ-1为沼泽红假单胞菌。     

光合细菌产氢研究进展

氢气是目前最常用的清洁能源,具有能量含量高和清洁燃烧的特点。制氢的方式有多种,生物制氢与传统物理和化学工艺制氢相比,是最清洁的一种方法。然而,大规模生物制氢的产氢量与产氢率往往受到各种环境等因素的限制。近年来的许多研究突破了环境因素的限制,从微生物代谢、能源来源及微生物产氢关键酶等方面有效提高了微生物产氢效率。本文总结了生物制氢的几种主要方法,详细讨论了光合细菌产氢的影响因素,并对其有效促进途径的研究进展进行了综述,以期为生物制氢领域的深入研究提供参考,为工业大规模制氢、减轻环境污染做出贡献。     

Photosynthetic hydrogen and oxygen production: kinetic studies

Steady-state turnover times for simultaneous photosynthetic production of hydrogen and oxygen have been measured for two systems: the in vitro system comprised of isolated chloroplasts, ferredoxin, and hydrogenase, and the anaerobically adapted green alga Chlamydomonas reinhardtii [137c(+) mating type]. In both systems, the simultaneous photoproduction of hydrogen and oxygen was measured by driving the systems into the steady state with repetitive, single-turnover, flash illumination. The turnover times for production of both oxygen and hydrogen in photosynthetic water splitting are in milliseconds and are equal to or less than the turnover time for carbon dioxide reduction in intact algal cells. The oxygen and hydrogen turnover times are therefore compatible with each other and partially compatible with the excitation rate of the photosynthetic reaction centers under conditions of solar irradiation.     

光合细菌在烟草种植中的应用效果研究

为了探索光合细菌在烟草种植上的应用效果,以K326为供试烤烟品种进行了田间药效试验。结果表明:从烟草青枯病防效来看,随着光合细菌菌液浓度的加大,防治效果随之越好,其中施用600倍液的防治效果达75.12%;在烟株农业性状方面,喷施光合细菌菌液的处理烟草株高、叶数、叶长、叶宽、茎围、节距等农艺性状均比空白对照有所提高;产量方面,喷施光合细菌菌液的处理产量均在1 220 kg/hm2以上,比空白对照提高了3.5%~4.5%;喷施光合细菌菌液的处理烟叶的光泽稍亮、油分稍高、厚度也稍厚,表明光合细菌在改善烟叶外观品质方面有一定的作用。     

Treatment of Chinese Traditional Medicine Wastewater by Photosynthetic Bacteria

The influence factors treating wastewater of Chinese traditional medicine extraction by photosynthetic bacteria are tested and discussed. The results indicate that the method of photosynthetic bacteria can eliminate COD and BOD from wastewater in high efficiency. And it also has high load shock resistance. On the conditions of slight aerobic and semi-darkness, treating wastewater of Chinese traditional medicine extraction, the method has better efficiency to eliminate COD and BOD from the wastewater than those by anaerobic illumination and aerobic darkness treatments. After pretreatment of hydrolytic acidization, the removal rate of COD in the wastewater reached more than 85%, and that rate of BOD reached more than 90% in the treating system of photosynthetic bacteria, it may be more feasible and advantageous than traditional anaerobic biological process to treat organic wastewater using PSB system.     

光合细菌几种培养方式的比较

分别采用40L光生物反应器、10L光生物反应器和10L发酵罐3种方式对光合细菌进行了通气培养的比较研究,测定了3种培养方式下光合细菌的生长曲线,比较了3者之间的差异,并研究了通气量和盐度对光合细菌生长速率的影响。结果表明,40L与10L新式光生物反应器和3L发酵罐中光合细菌的生长速率无明显的差别,表明新式光生物反应器在原来10L的基础上不用作参数和比例的更改即可进行进一步的放大;对该种新式光生物反应器的产业化应用提供了试验依据。该种新式光生物反应器与发酵罐相比,在相同培养条件下,达到光合细菌最大生长密度和最大产量,且所耗费的成本将大大降低,从而为光合细菌的产业化生产提供可能性,进而为光合细菌的大规模生产提供广阔的前景。