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在連續攪拌罐反應器用厭氧光合作用細菌一深紅紅螺菌從合成氣生產生物氫

文章來源:中國新能源網 | 發布日期:2008-11-28 | 作者:未知 | 點擊次數:

    作為替代燃料氫是一種無碳燃料,燃燒時的產物是水。它能由合成氣用生物學轉化的方法,經由水煤氣轉移反應產出。把水煤氣或合成氣轉化為燃料的想法已不新鮮,在過去幾十年已得到開發。

    在原則上合成氣可以由任何碳氫化合物原料生產。在工業上大規模的合成氣生產采用各種原料,包括天然氣、粗汽油、殘余油、石油焦和煤。從氣化工藝得到的合成氣成分,可以通過操縱工藝條件控制H2/CO比率。占主導地位的生產合成氣的工業技術,一直是水蒸氣甲烷重置法,在這工藝過程中,水蒸氣和甲烷用催化方法轉化為氫和一氧化碳,這是一個吸熱的過程。

    光合細菌代表一種未來派方法,它有可觀的光轉化效率,有潛力把合成氣轉化為有用的化學品和燃料。有研究報告稱,雖然生物學工藝過程一般比化學反應慢,但生物學工藝有一些優點,如較高的產出,較高的種別性,較強的抵抗催化劑毒性的能力。而且生物學過程在環境溫度和壓力下發生,因此這種工藝需要最小的能量消耗和較低的成本。

    深紅紅螺菌是紫色無硫厭氧細菌,能夠催化費希爾-特羅普什型反應和水-氣轉移反應。 這種微生物的繁殖需求一氧化碳以及其他的碳源,例如需求乙酸鹽、蘋果酸鹽、葡萄糖、酵母提取物和銨。有研究者報告,較小的泡沫增加反應器中質量傳遞系數。還有研究指出,深紅紅螺菌同其他產氧微生物相比,能夠吸取CO而生長較快,細胞干重量較高。還有研究報告說,初始基質濃度可能抵制微生物細胞生長,并阻礙氫產生。有趣的是,作為碳源,CO的消耗速率比乙酸的快3倍,對氫的產生,培養基介質的最佳pH值是8.5。質量傳遞系數的值,在1g乙酸/L和500勒克斯光照時,達到13.1/h。當用乙酸做碳源時,質量傳遞系數為4.3/h。有實驗數據顯示,深紅紅螺菌靠蘋果酸鹽生活不能產生氫。已知兩種紫色無硫細菌:膠質紅假單胞菌和深紅紅螺菌,能促使水—氣轉移反應從而產生氫。

    CO+H2OH2+CO2

    這種反應是重要的,它使富CO氣體轉移為富H2氣體。有研究結果顯示,深紅紅螺菌生長較快并達到較高的細胞密度,這表明它吸收CO較迅速。另有研究報告稱,固氮酶是釋出氫的原因。固氮酶被認為是由光合細菌產生氫的主要催化劑。

    報告刊登在《Bioresource Technology》2008年No.7上的一個研究,從合成氣生產生物氫,實驗是厭氧狀態下在連續攪拌罐生物學反應器中進行,用深紅紅螺菌做生物催化劑。在新鮮介質使用的有機碳源是醋酸鹽,以便維持充分的細胞生長,從而產生較多的生物氫。實驗在一個2L的發酵器中進行,在厭氧狀態下,連續輸入合成氣(55%CO,20%H2,15%Ar,10% CO2)和濃縮液體介質。發酵器配有pH值、溫度、溶解氧和水平傳感器。兩個鎢絲電燈泡(40W)用來從發酵器兩邊提供光照,平均值為1500勒克斯。

    合成氣的發酵在生物學反應器中在不同的氣流量和攪拌速度下運行兩月。氣流量在5到14mL/分鐘之間變化。攪拌速度在150到500rpm之間連續上升。生物學反應器的pH值和溫度設定為6.5和30℃。在60天的期間,液體流量維持恒定,為0.65mL/min。入口乙酸鹽濃度為4g/L。在攪拌速度為500rpm,合成氣流量為14mL/min的條件下,氫氣生產率為16±1mmol/g細胞•h,氫產出為87±2.4%。

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