CN102477408A - 一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，原料包括以下组分及重量份含量：铁粉40～60、FeSO4·7H2O10～25、MnSO4·7H2O0.4～0.6、CuCl20.01～0.05、CoCl2·6H2O0.04～0.06、NiCl2·6H2O0.01～0.02，上述组分在常温混合均匀，即得到产品。与现有技术相比，本发明针对现制氢混合系统内微生物的酶，能够增强酶活性，从而大大增强微生物制氢能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种制氢增强剂，尤其是涉及一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂。
背景技术
目前，化石能源短缺，石油价格日益攀升，亟需寻求可再生、高效、清洁能源来替代。过去对化石能源粗放型的使用，造成了现在十分恶劣的环境污染，温室效应和酸雨等环境问题的出现导致了人类生态环境的恶化，并严重的影响到社会经济的可持续发展和人类的生存，同时化石能源的储量越来越少；氢气作为清洁能源的首选，由于具有燃烧时不放出CO2等温室气体、燃烧热值高、储存运输方等优势从众多替代能源中脱颖而出，成为研究重点。氢气的制取有很多种，包括甲烷裂解、水电解、光合法制氢以及发酵法制氢等。厌氧发酵生物制氢技术与传统的制氢方法相比，由于其不依靠光源就能持续进行、不消耗化石能源、产氢率更稳定高效、反应器的设计与运行更简便易操作等众多优点，它的另一个亮点在于厌氧发酵的微生物可以利用高浓度的有机废水和生物质(如复合固体废弃物、阴沟底泥等)等作为它的底物，这既可以解决环境问题又能产生洁净能源——氢气，因此受到了全世界研究人员越来越多的关注。
我国厌氧发酵生物制氢技术发展较快，任南琪教授领导的课题组对碳水化合物(含糖废水)为底物以自絮凝的厌氧活性污泥为氢气生产者的发酵产氢进行了近20年的研究，研究发现影响混合系统发酵产氢效能的因素有很多，除了pH值、温度、底物浓度、水力停留时间(HRT)、氧化还原电位(ORP)等因素外，金属元素对产氢效能具有很大的影响作用。但许多学者对利用产酸相反应器进行生物制氢的研究多集中在pH值、温度、水力停留时间、氧化还原电位(ORP)、有机负荷、有机底物种类以及微生物特性等方面，金属元素对于细菌发酵制氢的影响的研究相对较少，林明等研究表明，一定浓度的铁、镍、镁等离子的存在，对产氢细菌的生长和产氢能力均有促进作用，但并没有研究铁、镍、镁等离子以多少比例同时存在于系统中其对微生物产氢效能的影响，这方面的其他专家的研究报道也相对较少。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增强酶活性、增强微生物制氢能力的生物制氢混合培养系统的制氢增强剂。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，该制氢增强剂的原料包括以下组分及重量份含量：
铁粉 40～60；
FeSO4·7H2O 10～25；
MnSO4·7H2O 0.4～0.6；
CuCl2 0.01～0.05；
CoCl2·6H2O 0.04～0.06；
NiCl2·6H2O 0.01～0.02。
所述的原料均为化学纯原料。
所述的铁粉优选50重量份。
所述的FeSO4·7H2O优选20重量份。
所述的MnSO4·7H2O优选0.5重量份。
所述的CuCl2优选0.03重量份。
所述的CoCl2·6H2O优选0.05重量份。
所述的NiCl2·6H2O优选0.01重量份。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本制氢增强剂针对现制氢混合系统内微生物的酶，增强酶活性，从而从本质上大大增强微生物制氢能力；
(2)弥补了目前制氢系统内制氢增强剂的空白，采用微量的金属元素对酶产生作用，在酶促反应中运输转移电子、原子或某些功能基参与氧化还原或运载酰基团，对产氢细菌的生长和产氢能力均有促进作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将50mg铁粉、20mg FeSO4·7H2O、0.5mg MnSO4·7H2O、0.03mg CuCl2、0.05mg CoCl2·6H2O、0.01mg NiCl2·6H2O在常温下混合，即配置成为生物制氢混合系统发酵培养的制氢增强剂，使混合系统的产氢效能大大提高。
金属元素在微生物生命活动中起着重要作用，它对酶的作用有两方面：一是作为酶的辅助因子，它们本身无催化作用，但在酶促反应中运输转移电子、原子或某些功能基参与氧化还原或运载酰基团作用；二是作为激活剂，提高酶的活性。研究表明，一定浓度的铁、镍、镁、铜、钴等离子的存在，对产氢细菌的生长和产氢能力均有促进作用。微量元素对微生物的生长繁殖有着极其重要的作用，然而，过量、过少、或比例不当的微量元素对微生物的生长繁殖带来不利影响，甚至毁灭性破坏，导致废水处理系统的崩溃。
铁是微生物生长的必需的物质，铁通常结合在大分子中，它是氢化酶和铁氧还蛋白的重要组成成分，氢化酶在体内的活性往往随着铁的消耗而下降。而细菌发酵产氢过程往往与环境中的铁有关，因为氢分子的产生与氢化酶中的电子载体-Fd密切相关。在产氢发酵细菌中一般含有4Fe或8Fe铁氧还蛋白，其中以8Fe铁氧还蛋白为主，其活性中心为Fe4S4(S-Cys)4型。
锰参与细菌超氧化物歧化酶的活动，也是一些酶(如柠檬酸合成酶、PEP梭激酶)的辅助因子。因此作为细胞的成分和酶活性的激活剂，铁锰离子少量存在对生物反应有促进作用。而细胞多具有复杂的膜内褶结构(如薄片状、囊泡状和管状)，铁锰离子能够加大细胞膜的渗透性，从而加快营养物质的吸收速度。水中的二价铁、锰离子的氧化产物(Fe2O3、Mn3O4)是化学催化剂，附着在活性污泥上，能加快反应的进行。
铜大量存在于各种岩石和矿物中，是生物体内最基本的微量营养元素之一，而铜至少存在于微生物体内30多种酶中，作为氧化还原催化剂或氧载体。铜以Cu0、Cu+、Cu2+三种氧化态形式互相转化，虽然铜是微生物体必需元素，但超过一定浓度就会产生毒性。在生物系统中，铜必须以容易被吸收的形式存在，才具备生物有效性，其生物有效性取决于一些环境因子，如pH、氧化还原电位、水硬度、有机物含量等。
在厌氧消化产甲烷的过程中，以充足量和生物学有效形式存在的钻不仅有利于产甲烷过程和微生物细胞的合成，还可促进酶合成或激活在生化反应中起催化作用的酶。
制氢增强剂对高效产氢菌种Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.产氢效能提高的影响
培养瓶I中加入100mL培养液和上述制氢增强剂，纯菌种接种量为1mL，培养液的起始pH值调节为6.0，同时培养瓶II中也加入100mL培养液，但不添加制氢增强剂，纯菌种接种量为1mL，培养液的起始pH值调节为6.0。产生的气体经过装有氢氧化钠溶液(饱和溶液)的集气瓶后，收集洗滤后的气体即为氢气，通过两组培养瓶对照比较发现，添加了制氢增强剂的Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.产氢能力相较未添加制氢增强剂的增强。
制氢增强剂对活性污泥产氢效能提高的影响
(1)生活污水沟底泥经直径0.5mm的筛网过滤去除固体杂质，用糖蜜废水稀释后COD为10000mg/L并添加氮磷复合肥(COD∶N∶P保持在1000∶5∶1)，好氧曝气驯化2周；
(2)连续流搅拌槽式反应器通过外缠电热丝将温度控制在36℃，稀释糖蜜废水至COD为4000mg/L并利用计量泵泵入反应器内，调节进水流速控制水力停留时间为6h。
(3)本实验同时运行2个反应器，分别命名为反应器I和反应器II，其中反应器I正常运行，不添加制氢增强剂，以此作为对照试验；而反应器I内添加本制氢增强剂；
(4)系统运行至乙醇型发酵(液相末端产物中乙醇和乙酸占总液相末端产物的75％以上)阶段，活性污泥进入稳定产氢阶段，连续运行24d，测量氢气的产量及产率。
实施例2
一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，该制氢增强剂的原料包括以下组分及含量：40g铁粉、25gFeSO4·7H2O、0.4g MnSO4·7H2O、0.01gCuCl2、0.04gCoCl2·6H2O、0.02gNiCl2·6H2O，将上述原料在常温下混合均匀，即得到生物制氢混合培养系统的制氢增强剂。
实施例3
一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，该制氢增强剂的原料包括以下组分及含量：60g铁粉、10g FeSO4·7H2O、0.6g MnSO4·7H2O、0.05gCuCl2、0.06gCoCl2·6H2O、0.01gNiCl2·6H2O，将上述原料在常温下混合均匀，即得到生物制氢混合培养系统的制氢增强剂。
Claims (8)
1.一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，该制氢增强剂的原料包括以下组分及重量份含量：
铁粉 40～60；
FeSO4·7H2O 10～25；
MnSO4·7H2O 0.4～0.6；
CuCl2 0.01～0.05；
CoCl2·6H2O 0.04～0.06；
NiCl2·6H2O 0.01～0.02。
2.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的原料均为化学纯原料。
3.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的铁粉优选50重量份。
4.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的FeSO4·7H2O优选20重量份。
5.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的MnSO4·7H2O优选0.5重量份。
6.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的CuCl2优选0.03重量份。
7.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的CoCl2·6H2O优选0.05重量份。
8.根据权利要求1所述的一种生物制氢混合培养系统的制氢增强剂，其特征在于，所述的NiCl2·6H2O优选0.01重量份。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109626375A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-16 | 齐鲁工业大学 | 一种锰掺杂磁性炭及其制备和在暗发酵制氢中的应用 |
| CN109704339A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 齐鲁工业大学 | 一种利用锰掺杂磁性炭提高暗发酵产氢性能的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109704339A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 齐鲁工业大学 | 一种利用锰掺杂磁性炭提高暗发酵产氢性能的方法 |
| CN109626375B (zh) * | 2019-01-17 | 2021-05-28 | 齐鲁工业大学 | 一种锰掺杂磁性炭及其制备和在暗发酵制氢中的应用 |
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