一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法技术

一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法，包括，步骤(1)，培养产氢混合菌种群；步骤(2)，处理农作物秸秆；步骤(3)，以步骤(2)处理的秸秆为原料，进行发酵处理。本发明专利技术发酵的最大产氢量为65‑186mL/100mL。本发明专利技术使用农作物秸秆为原料进行发酵产生氢气。本发明专利技术创造性的对于农作秸秆进行了前处理，值得农作物秸秆在组成和孔道结构上发生了改变，利于发酵的快速进行，解决了秸秆的污染和浪费问题，同时为生物制氢领域提供了廉价原料，本发明专利技术将农作物秸秆变废为宝。本发明专利技术的成功应用对实现生物制氢的工业化具有重要意义，具有较高的经济效益、环境效益和社会效益。

Method for producing hydrogen by fermenting crop straw as raw material

Includes a method with crops straw as raw material for hydrogen production, step (1), cultivation of mixed hydrogen producing bacteria; step (2), treatment of crop straw; step (3), (2) steps in the treatment of straw as raw materials, fermentation processing. The maximum hydrogen yield of the invention is 65 186mL/100mL fermentation. The invention uses the crop straw as the raw material to ferment to produce hydrogen. This invention for crops straw processed, worth of crop straw in composition and pore structure changed quickly to fermentation, solve the problem of pollution and waste straw, and provides cheap raw materials for bio hydrogen production areas, the crop straw waste to treasure. The successful application of the invention has important significance for realizing the industrialization of biological hydrogen production, and has high economic benefit, environmental benefit and social benefit.

【技术实现步骤摘要】
一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法
本专利技术涉及微生物发酵制氢领域，具体涉及一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法。
技术介绍
氢能是一种新型能源，与传统化石燃料相比，具有零污染、利用率高、危险系数小、储量充足的优点，是人们寄予厚望的替代能源。人类能源体系的结构在不断地变化，经历了一个以煤、植物体等固体燃料为主，到以石油、烃类等液体燃料为主的转变，目前正向以天然气、氢气等气体燃料为主的方向进行转变。化石燃料是目前能源消费的主体，随着能源需求的不断增大，能源危机、全球变暖及环境污染等问题日趋严重，氢能因其取之不尽、高效、零污染的特性逐渐受到重视。制氢技术的分类方法众多。其中，电解水制氢是一种传统的制造氢气的方法，其生产历史已有90余年。电解水制氢的过程是由浸没在电解液中的一对电极，中间插入隔离氢、氧气体的隔膜构成了电解池，通以一定电压的直流电时，水分解成氢气和氧气。电解水制氢生产过程中，电能消耗较高，所以目前利用水电解制造氢气的产量仅占总产量的约4％。化工原料制氢也是主要的制氢方式之一。天然气和煤层气是重要的气体形态化石原料，其中天然气制氢是最主要和最成熟的制氢方式。具体而言，天然气制氢的方法主要有：天然气水蒸气重整制氢、天然气部分氧化重整制氢、天然气水蒸气重整与部分氧化联合制氢、天然气催化裂解制氢等。生物质制氢是指生物质通过气化或微生物催化脱氢方法制氢。生物质制氢是当前最有发展前景的清洁的生物质能转换技术之一，且由于生物质是廉价的可再生制氢原料，每千克生物质可生产0.672m3的氢气，占生物质总能量的40％以上。生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。生物质制氢主要有两种方法：分为厌氧发酵制氢和光合生物制氢。厌氧发酵制氢是在厌氧条件下、黑暗的环境之中，由厌氧菌来分解有机物，产出氢气，又称作黑暗发酵生产氢气或称为厌氧发酵生产氢气。其优点是有较多的厌氧细菌种类，还不会受到光照的限制，有无光照都能产氢。缺点是分解底物不彻底，还要作进一步的处理才行，不然就会对环境造成污染，因此原料的转化效率也不够高。我国作为一个农业大国，拥有耕地超过十五亿亩，每年会产生大量的农作物秸秆。农作物秸秆大部分都没有得到有效利用，主要以就地焚烧的方式处置，不仅浪费了资源，而且对环境造成了污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法。本专利技术的一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法，以农作物秸秆为发酵原料，成本低廉，产氢稳定。本专利技术的技术方案如下。一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法，包括，步骤(1)，培养产氢混合菌种群；在室温条件下使用以60Co为放射源的γ射线辐照棕色瓶中的消化污泥，辐照剂量为5kGy；辐照后的消化污泥于培养基中培养，厌氧条件下培养20-48h，得到混合菌群；其中，培养基组分为：葡萄糖15-20g/L，蛋白胨5-9g/L，土豆粉5-10g/L，玉米粉1-10g/L，MgSO4·7H2O0.1-1g/L，K2HPO40.01-0.2g/L，FeSO4·7H2O0.01-0.02g/L，MgCl2·6H2O0.01-0.03g/L；所述的混合菌种为丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)INET1与屎肠球菌(EnterococcusFaecium)INET2；步骤(2)，处理农作物秸秆；将农作物秸秆自然干燥，将干燥的农作物秸秆在粉碎机中粉碎，过80目分样筛，取分样筛筛下破碎农作物秸秆，使用含有表面活性剂的水溶液洗涤1-3次，自然干燥；之后使用氢氧化钠和双氧水的混合溶液浸泡秸秆，反应时间是1-3h，反应温度为50-80℃，混合水溶液中NaOH和H2O2的重量比为1-3∶0.5-1，NaOH在混合水溶液中的重量百分含量是1-2％；混合溶液浸泡后的秸秆在90-100℃干燥1-2h；将浸泡干燥后的秸秆放入微波炉中进行活化处理，微波功率为650-1000W，反应时间为30-600min，之后再氮气气流中冷却至室温，备用；步骤(3)，以步骤(2)处理的秸秆为原料，进行发酵处理；使用紫外线照射发酵反应器，之后使用氮气吹扫反应器，提供厌氧环境，在氮气吹扫条件下，将步骤(2)处理的秸秆加入到发酵反应器中，然后将步骤(1)的混合菌种接种入发酵反应器中，其中，所说的发酵反应器中秸秆浓度为10-40g/L，葡萄糖1-5g/L，蛋白胨1-3/L，土豆粉1-3g/L，玉米粉1-3g/L，MgSO4·7H2O0.01-1g/L，K2HPO40.001-0.02g/L，MgCl2·6H2O0.001-0.09g/L，NiCl2·6H2O0.001-0.002g/L；之后进行发酵处理，发酵温度为36℃，100r/min恒温振荡培养，进行发酵制氢时收集发酵气体除去CO2得到H2。优选的，使用吸附法分离发酵气体除去CO2得到H2。优选的，发酵反应器中，接种时，混合菌种与发酵液的比例为5-10mL/100mL。优选的，发酵的最大产氢量为65-186mL/100mL。优选的，所述的农作物秸秆为小麦秸秆、地瓜秧秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、花生秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆中的一种或者多种的组合。本专利技术取得了显著的技术进步。本专利技术使用农作物秸秆为原料进行发酵产生氢气。由于农作物秸秆含有多种成分，且不同的作物秸秆的性质差异也较大，通常难以同时进行发酵产氢处理，本专利技术创造性的对于农作秸秆进行了前处理，值得农作物秸秆在组成和孔道结构上发生了改变，利于发酵的快速进行，解决了秸秆的污染和浪费问题，同时为生物制氢领域提供了廉价原料，本专利技术将农作物秸秆变废为宝。本专利技术的成功应用对实现生物制氢的工业化具有重要意义，具有较高的经济效益、环境效益和社会效益。具体实施方式下面结合具体实施方式进一步详述本专利技术的技术方案。实施例1一种以玉米秸秆为原料发酵制氢的方法，包括，步骤(1)，培养产氢混合菌种群；在室温条件下使用以60Co为放射源的γ射线辐照棕色瓶中的消化污泥，辐照剂量为5kGy；辐照后的消化污泥于培养基中培养，厌氧条件下培养20h，得到混合菌群；其中，培养基组分为：葡萄糖15g/L，蛋白胨5g/L，土豆粉5g/L，玉米粉1g/L，MgSO4·7H2O0.1g/L，K2HPO40.01g/L，FeSO4·7H2O0.01g/L，MgCl2·6H2O0.01g/L；所述的混合菌种为丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)INET1与屎肠球菌(EnterococcusFaecium)INET2；步骤(2)，处理玉米秸秆；将玉米秸秆自然干燥，将干燥的玉米秸秆在粉碎机中粉碎，过80目分样筛，取分样筛筛下破碎玉米秸秆，使用含有表面活性剂(选择市售洗衣粉)的水溶液洗涤1-3次，自然干燥；之后使用氢氧化钠和双氧水的混合溶液浸泡秸秆，反应时间是2h，反应温度为50℃，混合水溶液中NaOH和H2O2的重量比为1∶1，NaOH在混合水溶液中的重量百分含量是1％；混合溶液浸泡后的秸秆在100℃干燥2h；将浸泡干燥后的秸秆放入微波炉中进行活化处理，微波功率为1000W，反应时间为100min，之后再氮气气流中冷却至室温，备用；步骤(3)，以步骤(2)处理的秸秆为原料，进行发酵处理；使用紫外线照射发酵反应器，之后使用氮气吹扫反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法，其特征在于，包括，步骤(1)，培养产氢混合菌种群；在室温条件下使用以60Co为放射源的γ射线辐照棕色瓶中的消化污泥，辐照剂量为5kGy；辐照后的消化污泥于培养基中培养，厌氧条件下培养20‑48h，得到混合菌群；其中，培养基组分为：葡萄糖15‑20g/L，蛋白胨5‑9g/L，土豆粉5‑10g/L，玉米粉1‑10g/L，MgSO4·7H2O 0.1‑1g/L，K2HPO40.01‑0.2g/L，FeSO4·7H2O0.01‑0.02g/L，MgCl2·6H2O 0.01‑0.03g/L；所述的混合菌种为丁酸梭菌INET1与屎肠球菌INET2；步骤(2)，处理农作物秸秆；将农作物秸秆自然干燥，将干燥的农作物秸秆在粉碎机中粉碎，过80目分样筛，取分样筛筛下破碎农作物秸秆，使用含有表面活性剂的水溶液洗涤1‑3次，自然干燥；之后使用氢氧化钠和双氧水的混合溶液浸泡秸秆，反应时间是1‑3h，反应温度为50‑80℃，混合水溶液中NaOH和H2O2的重量比为1‑3∶0.5‑1，NaOH在混合水溶液中的重量百分含量是1‑2％；混合溶液浸泡后的秸秆在90‑100℃干燥1‑2h；将浸泡干燥后的秸秆放入微波炉中进行活化处理，微波功率为650‑1000W，反应时间为30‑600min，之后在氮气气流中冷却至室温，备用；步骤(3)，以步骤(2)处理的秸秆为原料，进行发酵处理；使用紫外线照射发酵反应器，之后使用氮气吹扫反应器，提供厌氧环境，在氮气吹扫条件下，将步骤(2)处理的秸秆加入到发酵反应器中，然后将步骤(1)的混合菌种接种入发酵反应器中，其中，所说的发酵反应器中秸秆浓度为10‑40g/L，葡萄糖1‑5g/L，蛋白胨1‑3/L，土豆粉1‑3g/L，玉米粉1‑3g/L，MgSO4·7H2O 0.01‑1g/L，K2HPO40.001‑0.02g/L，MgCl2·6H2O 0.001‑0.09g/L，NiCl2·6H2O0.001‑0.002g/L；后进行发酵处理，发酵温度为36℃，100r/min恒温振荡培养，进行发酵制氢时收集发酵气体除去CO2得到H2。...

【技术特征摘要】
1.一种以农作物秸秆为原料发酵制氢的方法，其特征在于，包括，步骤(1)，培养产氢混合菌种群；在室温条件下使用以60Co为放射源的γ射线辐照棕色瓶中的消化污泥，辐照剂量为5kGy；辐照后的消化污泥于培养基中培养，厌氧条件下培养20-48h，得到混合菌群；其中，培养基组分为：葡萄糖15-20g/L，蛋白胨5-9g/L，土豆粉5-10g/L，玉米粉1-10g/L，MgSO4·7H2O0.1-1g/L，K2HPO40.01-0.2g/L，FeSO4·7H2O0.01-0.02g/L，MgCl2·6H2O0.01-0.03g/L；所述的混合菌种为丁酸梭菌INET1与屎肠球菌INET2；步骤(2)，处理农作物秸秆；将农作物秸秆自然干燥，将干燥的农作物秸秆在粉碎机中粉碎，过80目分样筛，取分样筛筛下破碎农作物秸秆，使用含有表面活性剂的水溶液洗涤1-3次，自然干燥；之后使用氢氧化钠和双氧水的混合溶液浸泡秸秆，反应时间是1-3h，反应温度为50-80℃，混合水溶液中NaOH和H2O2的重量比为1-3∶0.5-1，NaOH在混合水溶液中的重量百分含量是1-2％；混合溶液浸泡后的秸秆在90-100℃干燥1-2h；将浸泡干燥后的秸秆放入微波炉中进行活化处理，微波功率为650-1000W，反应时间为30-600min，之后在氮气气流中冷却至室温，备用；步骤(3)，以步骤(2)处理的秸秆...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈凡河，屈庆涛，屈智闻，
申请(专利权)人：北京中农富源生物工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11