一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于微生物技术领域，公开了一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置；所述装置设置有恒温箱、LED灯、玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器、蠕动泵、产氢液体培养基瓶、带刻度集气管、水槽。本实用新型专利技术分析了玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器中光合细菌的代谢过程以及代谢条件，分析了光合细菌固定化生长过程中对碳源和氮源的利用情况；并考察了底物中葡萄糖浓度，进料流速以及不同光源对细菌代谢的影响；本实用新型专利技术利用总有机碳与总氮分析仪(TOC‑VCPN)，采用催化氧化法，可以快速的测定培养液中氮源和碳源的含量，方法准确可靠。

A continuous hydrogen production device for immobilized photosynthetic bacteria with glass fiber

The utility model belongs to the field of microbiological technology, and discloses a continuous hydrogen production device for glass fiber immobilized photosynthetic bacteria; the device is provided with a thermostat, a LED lamp, a glass fiber immobilized photosynthetic bacteria hydrogen production reactor, a peristaltic pump, a hydrogen producing liquid culture base bottle, a scale collection trachea and a tank. The utility model has analyzed the metabolic and metabolic conditions of photosynthetic bacteria in the glass fiber immobilized photosynthetic bacteria hydrogen production reactor. The utilization of carbon and nitrogen sources in the immobilized growth process of photosynthetic bacteria was analyzed, and the glucose concentration, feed flow velocity and the effect of different light sources on the metabolism of bacteria were also investigated. The utility model can quickly determine the content of nitrogen source and carbon source in the medium by using the total organic carbon and the total nitrogen analyzer (TOC VCPN) and the catalytic oxidation method. The method is accurate and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置
本技术属于微生物
，尤其涉及一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置。
技术介绍
氢能是人类未来的新能源。大规模的廉价的制氢技术开发已成为急需解决的问题。微生物制氢是一条可行途径。其成本低廉，环境友好，能在生产氢气的同时净化环境，因而被认为是目前最具发展潜力的制氢方法之一。目前对生物制氢的分析主要集中在厌氧发酵产氢和光合生物产氢。其中光合生物产氢是一类主要的分析方向。光合细菌是一类具有原始光能合成体系的原核生物，光合细菌产氢是该类微生物利用太阳能分解有机物时维持质子和电子平衡的代谢过程。固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，限制或定位于限定的空间区域，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的现代生物技术。光合细菌的固定化产氢，也有许多报道，分析表明，固定化的光合细菌产氢能力普遍比悬浮态的菌体要高。固定化光合细菌产氢是将特选的光合细菌固定在载体上，使细菌限制或定位于限定的空间区域，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖来产氢。它浓度易控制、耐毒害能力强、菌种流失少、产物易分离、运行设备小型化等特点。光合细菌的固定需要依附于一定的载体材料，适用于光合细菌固定的载体材料很多，但是性能不一。根据所固定光合细菌种类的不同和固定化方法的不同，需要选用或制备不同的固定化载体材料。固定化载体材料主要有三大类：无机载体、有机高分子载体和复合载体。用于制备固定化细胞的方法也种类繁多，常见的固定化方法有吸附法、包埋法、共价结合法、交联法。除以上固定化方法外，挂膜法也引起了人们的重视。张全国等利用大粒径陶粒吸附光合细菌，并以消化预处理后的猪粪为底物进行光合产氢，固定化培养后，细菌产氢量是对照组游离态细菌产氢量的2.16倍。廖强等在固定化填充床产氢实验中发现，增加培养基流量能够消除外扩散传质阻力，但是无法消除由固定化材料造成的内扩散传质阻力。目前对生物制氢的分析主要集中在厌氧发酵产氢和光合生物产氢。其中光合生物产氢是一类主要的分析方向。综上所述，现有技术存在的问题是：虽然现普遍采用固定化细胞技术产氢，但仍然存在一些的问题：一是光合细菌固定化载体通常选用透光度不强或不透光的载体，致使部分光合细菌接受不到光能，影响产氢效率；二是平板式透光载体由于比表面积较小，使得细菌固定化生物量又不够，底物利用率低。三是固定化细胞与底物的接触面积较小，传质距离较远，传质阻力大。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种以玻璃纤维为细菌载体固定化光合细菌连续产氢方法及装置。结合光合细菌生长产氢需要光能的特点，本技术设计制作了玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置，成功使光合细菌在玻璃纤维上固定化生长并产气。分析了细菌的固定化生长过程中对碳源和氮源的利用情况及其产气特性。考察底物中葡萄糖浓度，流速以及光源对细菌代谢的影响，获得反应器最佳产气条件。本技术是这样实现的，一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置，设置有恒温箱；所述恒温箱内左右两侧分别镶嵌有LED灯；左右两侧的LED灯之间搁置有玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器底部开设的进料孔通过胶管连通位于恒温箱外部的蠕动泵；所述蠕动泵通过胶管连通产氢液体培养基瓶；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器为平板式结构；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器顶部开设的排气孔通过胶管连通位于恒温箱外部的带刻度集气管；所述带刻度集气管搁置在水槽内部；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器内部填充有从上到下均匀排列的用于作为固定光合细菌载体的玻璃纤维层。进一步，所述璃纤维固定化光合细菌产氢反应器上部开设的出液孔通过胶管连通废液桶。进一步，所述璃纤维固定化光合细菌产氢反应器上部开设的出液孔还通过胶管连通产氢液体培养基瓶。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术制作以玻璃纤维为细菌固定化载体的光合细菌制氢反应器及其装置，开启光源，设定恒温箱温度及进料流速，通过循环挂膜法使光合细菌固定化生长在玻璃纤维上，之后反应器通入产氢培养基，进行连续产氢。分析了玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器中光合细菌的代谢过程以及代谢条件，分析了光合细菌固定化生长过程中对碳源和氮源的利用情况。并考察了底物中葡萄糖浓度，进料流速以及不同光源对细菌代谢的影响。①本专利技术采用透光玻璃纤维作为固定化光合细菌载体，相比不透光及弱透光载体，能增加30％以上的光能的吸收量。②本专利技术采用细丝状玻璃纤维填充反应器，能提高纤维床层的比表面积，增加光合细菌的附着生物量。③本专利技术玻璃纤维反应器能扩大菌落与底物的接触面积，缩短传质距离，从而能增大底物利用率，相比平板式反应器，能提高产氢效率40％。④采用质量流量计准确配制了不同浓度氢标准气体，建立了产物氢气的气相色谱分析方法。同时建立了底物中碳源和氮源的简易分析方法，利用总有机碳与总氮分析仪(TOC-VCPN)，采用催化氧化法，可以快速的测定培养液中氮源和碳源的含量，方法准确可靠。⑤通过对各种不同光源下的对比产气实验，LED灯效果最佳，可以作为光合细菌产氢实验光源。光合细菌在葡萄糖浓度为6g/L的情况下，固定化产生气体体积最大，而且在该条件下，细菌底物中消耗的碳源，氮源均为最大。该细菌在葡萄糖浓度为6g/L的情况下生长繁殖最活跃。不同的流速下该固定化光合细菌产氢反应器产气量不同，高流速不利于产气，最佳进料流速为4mL/min。附图说明图1是本技术实施提供的玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置示意图；图2是本技术实施提供的玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器图；图中：1、玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器；2、LED灯；3、废液桶；4、产氢液体培养基瓶；5、蠕动泵；6、带刻度集气管；7、水槽；8、恒温箱；9、出液孔；10、进料孔；11、排气孔；12、玻璃纤维层。图3是本技术实施提供的接种20mL时培养基OD值变化曲线图；图4本技术实施提供的玻璃纤维固定化光合细菌照片；图5本技术实施提供的固定化阶段培养液TOC变化曲线；图6本技术实施提供的固定化阶段培养液TN的变化曲线；图7本技术实施例提供的测在单位时间内产氢体积和底物TOC、TN的消耗量。图8是本技术实施提供的不同光源下产气速率；图9是本技术实施提供的葡萄糖浓度对产气速率的影响；图10是本技术实施提供的不同葡萄糖浓度下细菌对底物的消耗速率曲线；图11是本技术实施提供的流速对TOC，TN消耗量的影响；图12是本技术实施提供的流速对产气速率的影响；具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术实施提供的玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢方法，分析玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器中光合细菌的代谢过程以及代谢条件；分析光合细菌固定化生长过程中对碳源和氮源的利用情况；并分析底物中葡萄糖浓度，进料流速以及不同光源对细菌代谢的影响；获得玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器最佳产气条件。下面结合附图对本技术的应用原理作详细描述。如图1、图2所示，本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置，其特征在于，所述玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置设置有恒温箱；所述恒温箱内左右两侧分别镶嵌有LED灯；左右两侧的LED灯之间搁置有玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器底部开设的进料孔通过胶管连通位于恒温箱外部的蠕动泵；所述蠕动泵通过胶管连通产氢液体培养基瓶；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器为平板式结构；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器顶部开设的排气孔通过胶管连通位于恒温箱外部的带刻度集气管；所述带刻度集气管搁置在水槽内部；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器内部填充有从上到下均匀排列的用于作为固定光合细菌载体的玻璃纤维层。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置，其特征在于，所述玻璃纤维固定化光合细菌连续产氢装置设置有恒温箱；所述恒温箱内左右两侧分别镶嵌有LED灯；左右两侧的LED灯之间搁置有玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器底部开设的进料孔通过胶管连通位于恒温箱外部的蠕动泵；所述蠕动泵通过胶管连通产氢液体培养基瓶；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器为平板式结构；所述玻璃纤维固定化光合细菌产氢反应器顶部开设的排气孔通过胶管连通位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂芝，王星敏，周桂林，殷钟意，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：新型
国别省市：重庆,50