CN105385707A - 一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于微生物发酵制氢技术领域的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法。所述方法将聚氨酯泡沫在水中煮沸，烘干后置于反应器中，再向反应器内加入富集培养基并接种混合产氢菌，在厌氧条件下培养一定时间后，抽干反应器内的富集培养基，注满发酵培养基启动连续流模式运行反应器，连续、稳定产氢。本发明的产氢菌固定化载体为聚氨酯泡沫，具有吸附能力强、无毒性、传质效果好、价格便宜等优点，利用吸附固定化的产氢菌，可以保证在连续运行情况下反应器中的产氢微生物不流失，提升产氢反应器运行的稳定性和产氢能力，具有良好的可操作性和经济效益。

Description

一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法

技术领域

本发明属于微生物发酵制氢技术领域，具体涉及一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法。

背景技术

氢气具有热值高，燃烧无污染产生，储存、运输方便及可通过燃料电池转化为电能等特点，是最具有发展潜力的清洁能源之一。微生物厌氧发酵制氢法具有反应条件温和，耗能低，底物来源广等优点。但是，在连续产氢反应系统中，产氢微生物容易流失，难以长期保留在反应器中。此外，实际废水或废物由于成分复杂、波动性大，会对反应器内产氢微生物产生负面影响，严重影响产氢反应器的稳定运行。

微生物固定化技术通过化学或物理手段，在保留微生物活性的前提下，将微生物定限制在某个特定的空间内。目前，应用于微生物发酵产氢系统的固定化方法有包埋法固定及载体吸附固定。与包埋法相比，吸附固定化方法具有操作简单、细胞活性损失小、传质效率高、载体可反复使用等优点。选择传质性能好、稳定性高和成本低廉的载体，是吸附法固定微生物的关键。

目前研究中用于固定产氢微生物的吸附材料有泡沫碳化硅陶瓷、活性炭和多孔玻璃等，这些载体中，泡沫碳化硅陶瓷和多孔玻璃虽然机械强度高，但载体的比重较大，且吸附固定化微生物的量较低，；而活性炭的机械强度有限，使用过程中易流失。

聚氨酯泡沫是一种新的有机合成材料，具有孔隙多、比表面积大、吸附能力强、稳定性好、价格低廉等优点，是一种理想的微生物固定化载体。目前，聚氨酯泡沫在废水处理、生物发酵及生物柴油制备等领域的应用受到了关注。但是，将其作为一种载体，固定化产氢微生物并用于连续发酵制氢，还未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，其目的在于提供一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，所述的方法具体步骤为：

(1)聚氨酯泡沫方块的制备：将聚氨酯泡沫制成边长为0.8-1.5cm的立方块，在水中煮沸，烘干后备用；

(2)产氢反应器的启动：向反应器内加入聚氨酯泡沫、富集培养基并接种混合产氢菌，在35-38℃，80-120r/min的厌氧条件下进行培养55-65h，使混合产氢菌在聚氨酯泡沫孔隙内附着生长，形成含有高密度产氢菌的聚氨酯泡沫固定化产氢菌；

(3)连续发酵产氢：抽干反应器内的富集培养基，注满初始pH＝6-9的发酵培养基并启动连续运行模式，连续发酵产氢。

所述的混合产氢菌为经5kGy剂量、放射源为⁶⁰Co的γ射线辐照处理的厌氧消化污泥；

所述厌氧消化污泥中的混合产氢菌包括：丁酸梭菌、屎肠球菌和螺旋菌。

所述混合产氢菌的接种比为5-20％。

所述的聚氨酯泡沫的烘干温度为65-75℃。

所述聚氨酯泡沫按30％-70％的体积比置于反应器。

所述的富集培养基为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液100mL/L；

所述的发酵培养基为：葡萄糖5-30g/L，营养液100mL/L；

其中，营养液的组分为NaHCO₃40g/L，NH₄Cl5g/L,NaH₂PO₄·2H₂O5g/L，K₂HPO₄·3H₂O5g/L，FeSO₄·7H₂O0.25g/L，MgCl₂·6H₂O0.085g/L，NiCl₂·6H₂O0.004g/L。

所述连续发酵产氢的反应温度为25-36℃，水力停留时间为5-20h。

本发明的优点为：将聚氨酯泡沫作为固定化载体，具有表面积大、产氢微生物附着量大、传质效能好、稳定性高、廉价易得等优点；用于产氢微生物的固定化，可以实现产氢反应器的连续、高效、稳定运行。

附图说明

图1为一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢反应器的结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

(1)聚氨酯泡沫方块的制备：将聚氨酯泡沫制成边长为1cm的立方体，在水中煮沸，置于70℃烘箱中烘干至恒重后按30％-70％的体积比置于反应器。

(2)混合产氢菌群的预处理：混合产氢菌取自北京市某市政污水处理厂的污泥初级消化池，将取得的污泥置于1L棕色磨口瓶，在室温条件下经过γ辐照，辐照源为⁶⁰Co，辐照剂量为5kGy。

(3)产氢反应器的启动：向反应器内加入富集培养基并接种混合产氢菌，混合产氢菌的接种比为10％，在36℃，100r/min条件下进行培养60h，使混合产氢菌在聚氨酯泡沫孔隙内附着生长，形成含有高密度产氢菌的聚氨酯泡沫固定化产氢菌；

(4)连续发酵产氢：抽干反应器内的富集培养基，注满发酵培养基并启动连续运行模式，反应器结构图如图1所示。连续发酵产氢的反应温度为35℃，水力停留时间为20h，经过4天连续运行，产气量从初始的170-200mL/d上升至780-820mL/d并保持稳定；

富集培养基的组分为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液100mL/L；

发酵培养基的组分为：葡萄糖10g/L，营养液100mL/L；

其中，营养液的组分为：NaHCO₃40g/L，NH₄Cl5g/L，NaH₂PO₄·2H₂O5g/L，K₂HPO₄·3H₂O5g/L，FeSO₄·7H₂O0.25g/L，MgCl₂·6H₂O0.085g/L，NiCl₂·6H₂O0.004g/L。

实施例2

在实施例1的基础上，调节反应器水力停留时间为10h，反应器经过2天运行达到产气稳定，维持在1400-1460mL/d。

实施例3

在实施例2的基础上，进一步降低水力停留时间为5h，反应器经过2天运行达到产气稳定，维持在2900-3100mL/d，产气效率为1.8-2.0molH₂/mol葡萄糖。

Claims (7)

1.一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述的方法具体步骤为：

(1)聚氨酯泡沫方块的制备：将聚氨酯泡沫制成边长为0.8-1.5cm的立方块，在水中煮沸，烘干后备用；

(2)产氢反应器的启动：向反应器内加入聚氨酯泡沫、富集培养基并接种混合产氢菌，在35-38℃，80-120r/min的厌氧条件下进行培养55-65h；

(3)连续发酵产氢：抽干反应器内的富集培养基，注满初始pH＝6-9的发酵培养基并启动连续运行模式，连续发酵产氢。

2.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述的混合产氢菌为经5kGy剂量、放射源为⁶⁰Co的γ射线辐照处理的厌氧消化污泥；

所述厌氧消化污泥中的混合产氢菌包括：丁酸梭菌、屎肠球菌和螺旋菌。

3.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述混合产氢菌的接种比为5-20％。

4.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫的烘干温度为65-75℃。

5.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述聚氨酯泡沫按30％-70％的体积比置于反应器。

6.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述的富集培养基为：葡萄糖50g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉0.5g/L，营养液100mL/L；

所述的发酵培养基为：葡萄糖5-30g/L，营养液100mL/L；

其中，营养液的组分为NaHCO₃40g/L，NH₄Cl5g/L,NaH₂PO₄·2H₂O5g/L，K₂HPO₄·3H₂O5g/L，FeSO₄·7H₂O0.25g/L，MgCl₂·6H₂O0.085g/L，NiCl₂·6H₂O0.004g/L。

7.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯泡沫固定化产氢菌连续制氢的方法，其特征在于，所述连续发酵产氢的反应温度为25-36℃，水力停留时间为5-20h。