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在连续搅拌罐反应器用厌氧光合作用细菌一深红红螺菌从合成气生产生物氢

文章来源:中国新能源网 | 发布日期:2008-11-28 | 作者:未知 | 点击次数:

    作为替代燃料氢是一种无碳燃料,燃烧时的产物是水。它能由合成气用生物学转化的方法,经由水煤气转移反应产出。把水煤气或合成气转化为燃料的想法已不新鲜,在过去几十年已得到开发。

    在原则上合成气可以由任何碳氢化合物原料生产。在工业上大规模的合成气生产采用各种原料,包括天然气、粗汽油、残余油、石油焦和煤。从气化工艺得到的合成气成分,可以通过操纵工艺条件控制H2/CO比率。占主导地位的生产合成气的工业技术,一直是水蒸气甲烷重置法,在这工艺过程中,水蒸气和甲烷用催化方法转化为氢和一氧化碳,这是一个吸热的过程。

    光合细菌代表一种未来派方法,它有可观的光转化效率,有潜力把合成气转化为有用的化学品和燃料。有研究报告称,虽然生物学工艺过程一般比化学反应慢,但生物学工艺有一些优点,如较高的产出,较高的种别性,较强的抵抗催化剂毒性的能力。而且生物学过程在环境温度和压力下发生,因此这种工艺需要最小的能量消耗和较低的成本。

    深红红螺菌是紫色无硫厌氧细菌,能够催化费希尔-特罗普什型反应和水-气转移反应。 这种微生物的繁殖需求一氧化碳以及其他的碳源,例如需求乙酸盐、苹果酸盐、葡萄糖、酵母提取物和铵。有研究者报告,较小的泡沫增加反应器中质量传递系数。还有研究指出,深红红螺菌同其他产氧微生物相比,能够吸取CO而生长较快,细胞干重量较高。还有研究报告说,初始基质浓度可能抵制微生物细胞生长,并阻碍氢产生。有趣的是,作为碳源,CO的消耗速率比乙酸的快3倍,对氢的产生,培养基介质的最佳pH值是8.5。质量传递系数的值,在1g乙酸/L和500勒克斯光照时,达到13.1/h。当用乙酸做碳源时,质量传递系数为4.3/h。有实验数据显示,深红红螺菌靠苹果酸盐生活不能产生氢。已知两种紫色无硫细菌:胶质红假单胞菌和深红红螺菌,能促使水—气转移反应从而产生氢。

    CO+H2OH2+CO2

    这种反应是重要的,它使富CO气体转移为富H2气体。有研究结果显示,深红红螺菌生长较快并达到较高的细胞密度,这表明它吸收CO较迅速。另有研究报告称,固氮酶是释出氢的原因。固氮酶被认为是由光合细菌产生氢的主要催化剂。

    报告刊登在《Bioresource Technology》2008年No.7上的一个研究,从合成气生产生物氢,实验是厌氧状态下在连续搅拌罐生物学反应器中进行,用深红红螺菌做生物催化剂。在新鲜介质使用的有机碳源是醋酸盐,以便维持充分的细胞生长,从而产生较多的生物氢。实验在一个2L的发酵器中进行,在厌氧状态下,连续输入合成气(55%CO,20%H2,15%Ar,10% CO2)和浓缩液体介质。发酵器配有pH值、温度、溶解氧和水平传感器。两个钨丝电灯泡(40W)用来从发酵器两边提供光照,平均值为1500勒克斯。

    合成气的发酵在生物学反应器中在不同的气流量和搅拌速度下运行两月。气流量在5到14mL/分钟之间变化。搅拌速度在150到500rpm之间连续上升。生物学反应器的pH值和温度设定为6.5和30℃。在60天的期间,液体流量维持恒定,为0.65mL/min。入口乙酸盐浓度为4g/L。在搅拌速度为500rpm,合成气流量为14mL/min的条件下,氢气生产率为16±1mmol/g细胞•h,氢产出为87±2.4%。

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