纤维素梭菌H10的产氢特性研究

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人类面临能源危机、资源短缺、环境污染的严峻挑战,开发新的能源,合理利用资源并保护生态环境势在必行。生物制氢技术利用可再生资源,特别是可利用工农业有机废弃物产氢、效率高、能耗低、污染少、成本低,具有巨大的发展潜力。因此研究微生物利用纤维素类底物的产氢能力,为处理工农业有机废弃物,以及实现资源、能源、环境和经济的可持续发展具有现实意义。  论文以间歇培养实验为手段考察不同条件下Clostridium cellulolyticum H10的产氢能力,以确定最佳的产氢条件;并对微生物产纤维素酶和微生物产氢之间的关系进行了初步的研究。  在确定最佳产氢条件过程中,重点考察底物种类、底物浓度、磷酸根浓度、pH值、L-半胱氨酸浓度及摇床摇动对细菌H10底物的分解率、液相末端产物和产氢能力的影响。研究显示,底物浓度7.5g/L时,磷酸根浓度10~20mmol/L、pH值在7.0~7.5、L-半胱氨酸浓度1.0g/L时获得较好的产氢效果。在优化条件下的分批培养中,以纤维素MN301为底物时比产氢率为1.9mol-H2/mol-hexose;最大产氢速率为7.29mLH2/g-CDW h。纤维素的降解率普遍达到60%。  在纤维素酶与产氢之间关系的研究中,主要考察了底物浓度、pH值对纤维素酶活性的影响。结果表明,底物浓度在6.7g/L~7.5g/L之间,pH值在7.0~7.5时,对纤维素酶活性提高有积极作用。并且,细菌分泌的纤维素酶活性越高,其产氢量也越好,同时对于生物量的累积、底物利用率的提高也起到了重要作用。考虑到当前环境与应用的问题,以纤维素酶催化纤维素的糖化水解,仍然是纤维素最理想的处理方式。因此研究纤维素酶与产氢之间关系对于表征利用纤维素产生氢气有一定的指导意义。
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