一种秸秆制氢方法技术

本发明专利技术涉及一种秸秆制氢方法，其包括如下步骤：将秸秆粉碎至粒径330～420nm后加入到100~200mL?pH4.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再加入125～225mg纤维素酶，在40℃～60℃条件下振荡反应40~60h，振荡速度135～165rpm，得反应料液a；用碱液把料液a调至pH为6～8，然后加入产氢培养基，接种15~30%处于生长对数期的培养的光合细菌（球形红假单胞菌），25～35℃、光照强度2000～4000lux，24h后即可产氢，产氢持续时间6～10天。该方法以农业废弃物秸秆为原料，使光合生物制氢成本大大降低，实现能源产出和废弃物利用双目标。

Straw hydrogen production method

The invention relates to a straw hydrogen production method, which comprises the following steps: the straw to grain size is 330 ~ 420nm after the accession to 100~200mL? PH4.8 citric acid sodium citrate buffer solution, then adding 125 ~ 225mg in cellulase, 40~60h oscillating reaction is 40 to 60 DEG C under the condition of oscillation speed is 135 ~ 165rpm well, a reaction liquid; liquid lye to a to pH from 6 to 8, and then adding hydrogen medium, inoculation of 15~30% in logarithmic growth phase and the cultivation of photosynthetic bacteria (Rhodopseudomonas), 25 to 35 DEG C, the light intensity of 2000 ~ 4000lux, 24h can produce hydrogen hydrogen production, duration of 6 ~ 10 days. The method takes the agricultural waste straw as raw material, thereby greatly reducing the cost of photosynthetic biological hydrogen production and realizing the dual goal of energy output and waste utilization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业工程中的农村能源利用
，具体涉及一种以秸秆作为原料，利用红螺杆菌混合菌群进行生物光合产氢的方法。
技术介绍
化石能源的大规模开发利用带来了严重的全球性环境问题，能源短缺、资源枯竭、环境恶化，油荒、电荒屡见不鲜。利用生物质制取高品位氢能源因其具有生产清洁能源和解决环境污染等优势受到关注，寻找一种高效、低成本的制氢方法是目前亟待解决的关键。秸秆中富含大量的木质纤维素，通过生物发酵等处理可以转化为可再生糖类资源，目前针对纤维素类生物质的预处理技术主要可分为物理法、化学法和生物法。物理法通常与其他方法合并使用，主要有机械粉碎、高能辐射、微波处理等，通过改变其物理结构增加纤维素与酶等接触的表面积。化学法有酸法、碱法、臭氧分解等，以除去半纤维素和木质素，但是该法对设备要求高，所用酸碱试剂不易回收，会造成污染等缺点。生物法主要采用白腐真菌和纤维素酶等对纤维素原料进行预处理，能耗低、操作简单、环境污染小，但处理周期长。对秸秆进行降解生成小分子酸、葡萄糖等物质，可以用做进一步进行高品位能源的生产。近几年已有少数学者利用不同的秸秆类原料通过不同的预处理方法进行发酵产氢，但产氢效率降低。我国秸秆类生物质资源丰富，却没有得到很好的利用。生物制氢技术因其生产成本高、产氢效率低，也一直没有得到行之有效的推广。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种环保、高效的秸秆发酵与光合细菌联合制氢方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 ，其包括如下步骤①秸秆预处理将洗净烘干后的秸秆粉碎，备用；②秸秆酶解糖化取2.5 4. 5g粉碎后秸秆加入到10(T200mL pH4. 8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再加入125 225mg纤维素酶，在40°C 60°C条件下振荡反应4(T60h，振荡速度135 165rpm，得反应料液a ；③光合细菌培养将光合细菌球形红假单胞菌(Miodopseudomonas phaeroides) AS 1. 1737菌株接种至生长培养基中，于25 35°C培养2 4天(处于生长对数期)；④联合产氢用碱液把反应料液a调至pH为6 8，然后加入产氢培养基，按15 30% (v/V)的接种量接种步骤③培养的光合细菌，于温度25 35°C、光照强度2000 4000 Iux 条件下保持M小时后产氢，产氢持续时间6 10天。本专利技术所使用的球形红假单胞菌(Rhodopseudo monas phaeroides) AS 1.1737 菌株在题目为“光照度对猪粪污水条件下红假单胞菌光合产氢的影响”的期刊论文中被公开过，《农业工程学报》2005年09期，作者张军合、张全国等。另外，在题目为“红假单胞菌利用畜禽粪便产氢能力的试验研究”的期刊论文中也被公开过，《河南农业大学学报》2005年02期，作者尤希凤、张全国等。上述步骤③中生长培养基组分为1 g/L NH4Cl、2g/L NaHC03、lg/L酵母膏、0. 2g/L K2HPO4,4g/L CH3COONa^O. 2g/L MgSO4 禾口 2g/L NaCl。上述步骤④中碱液为质量浓度40 50%的KOH溶液；产氢培养基组分为0. 4 g/ L NH4CUO. 2 g/L MgCl2、0. 1 g/L 酵母膏、0.5 g/L K2HPO4,2 g/L NaCl 和 3. 56 g/L 谷氨酸钠。本专利技术所述的秸秆可以为高粱秸秆、玉米秸秆等常见农作物秸秆。本专利技术探索出一种将秸秆应用于光合生物制氢的方法，不仅使秸秆这一农业废弃物得以利用，打破了大多数生物制氢原料为碳水化合物(例如葡萄糖、淀粉及其含糖和淀粉的废水)的局限，降低了光合产氢的成本，实现了废物利用与能源产出的双重目标。由于光合细菌不能直接利用纤维素，因此秸秆原料需要经过一定的预处理才能被利用。利用秸秆进行光合生物制氢的技术步骤主要经历3个阶段(1)秸秆类生物质球磨机械粉碎预处理；(2)纤维素原料经纤维素酶酶解，转化为可发酵糖或小分子酸；(3)可发酵糖或小分子酸经光合细菌新陈代谢反应产生氢气。本专利技术将秸秆预处理和光合细菌产氢进行有机结合，设计出一种环保高效的生物制氢方法。秸秆的降解预处理是关键步骤。秸秆洗净烘干后，先用粉碎机进行初步粉碎后， 再用垂吊式纳米球磨机进行更细粒径的机械粉碎，采用X射线小角散射测定其粒径，粒径范围330 420nm。其技术效果有(1)降低纤维素的结晶度、提高基质的孔隙率，进而提高酶水解的结合率；(2)避免碳水化合物的降解和损失；(3)避免产生对水解及发酵过程起抑制作用的副产品；(4)性价比高，易于实现工业化。粉碎处理后的秸秆在酶解过程中可以提高反应性能和提高水解糖化率，有利于纤维素酶发挥作用。球磨可使纤维素的结构松散和使微纤中及微纤间晶区中存在的分子间氢键断裂，因此通过球磨这种机械预处理，可使秸秆纤维素的水解速率和酶解后葡萄糖的产率得到提高，使资源丰富的秸秆能够成为为生物制氢过程中的碳源，被光合细菌利用，进行代谢产氢。光合细菌产氢效率优于其他多种厌氧反应细菌，且利用球磨进行秸秆粉碎后酶解产糖的过程易于实现工业化，所以该专利技术具有非常好的实用性，从可持续发展的角度来看，以秸秆类物质作为原料进行光合生物产氢，将会是制氢工业一个非常具有潜力的发展方向。和现有技术相比，本专利技术的有益效果利用丰富的农作物秸秆进行粉碎预处理后，再经过纤维素酶的水解糖化作用，便能够获得光合产氢菌所能利用的葡萄糖等物质，使光合生物制氢成本大大降低，并且利用了秸秆等农业废弃物，实现了能源产出和废弃物利用的双重目标，降低了光合产氢的成本。具体实施例方式以下以玉米秸秆为例对本专利技术方法进行详细说明，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例1，其包括如下步骤① 玉米秸秆预处理将洗净烘干后的玉米秸秆用百信牌LG-02型粉碎机(瑞安市百信药机器械厂生产)进行初步粉碎，然后用秦皇岛太极环纳米有限公司生产的MY-SQ-B型单筒垂吊式纳米球磨机(进料粒度< 25mm，筒体转速36 38r/min)进行更细粒径的机械粉碎，粉碎2 他即可，X射线小角散射测其粒径范围330 420nm。②秸秆酶解糖化取3. Og上述粉碎后秸秆加入到IOOmL pH4. 8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再加入130mg纤维素酶(Trichoderma viride,酶活为3 X 10 · g—1，由郑州博兴生物科技有限公司提供，2、°C冷藏保存)，在50°C温度条件下振荡反应48h，振荡速度150rpm，得反应料液a (用3_5_ 二硝基水杨酸法测定反应料液a中还原糖含量为1. 6g， 糖化率53%)；③光合细菌培养将光合细菌球形红假单胞菌(Miodopseudo monas phaeroides) AS 1. 1737菌株接种至生长培养基中，于30°C培养2天；该生长培养基组分为lg/L NH4Cl、2g/L NaHC03、lg/L 酵母膏、0. 2g/L K2HPO4,4g/L CH3COONa^O. 2g/L MgSO4 禾口 2g/L NaCl0④联合产氢用40%K0H碱液把反应料液a调至pH为7，然后加入产氢培养基，该产氢培养基组分为:0. 4g/L NH4CUO. 2g/L MgCl2、0. lg/L酵母膏、0. 5g/L 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种秸秆制氢方法，其特征在于，包括如下步骤：①秸秆酶解糖化：取２．５～４．５ｇ洗净烘干粉碎过的秸秆加入到１００～２００ｍＬ　ｐＨ４．８的柠檬酸－柠檬酸钠缓冲溶液中，再加入１２５～２２５ｍｇ　纤维素酶，在４０℃～６０℃条件下振荡反应４０～６０ｈ，振荡速度１３５～１６５ｒｐｍ，得反应料液ａ；②光合细菌培养：将光合细菌球形红假单胞菌（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏ　ｍｏｎａｓ　ｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）　ＡＳ　１．１７３７菌株接种至生长培养基中，于２５～３５℃培养２～４天；③联合产氢：用碱液把反应料液ａ调至ｐＨ为　６～８，然后加入产氢培养基，按１５～３０％的接种量接种步骤②培养的光合细菌，于温度２５～３５℃，光照强度２０００～４０００　ｌｕｘ条件下保持２４小时后产氢，产氢持续时间６～１０天。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张全国，杨群发，胡建军，周雪花，张志萍，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：41