混合厌氧发酵产氢影响因子及动力学特性的研究

【摘要】随着全球生物质废弃物的日益增长，其资源化、无害化成为环境、能源领域的研究热点。与其他生物质资源化利用的方法相比，生物制氢因其投资成本低、原料来源广等优点被广泛应用，但其本身却一直存在产气效率低的问题。因此，本课题针对产氢稳定性差、产率较低等问题，通过对产氢过程中关键影响因素及动力学特性的研究，以期提高发酵产氢的效率。本研究首先对不同发酵底物、发酵产氢微生物进行优选，结果显示以蔗糖作为发酵底物及预处理过的牛粪作为菌种来源，产氢效果较好；以累计产氢量作为响应值，通过正交实验优化出厌氧发酵产氢的最佳工艺条件是底物浓度15g/L，初始pH为6，菌液量为200mL。其次，实验通过单因素实验优化金属离子投加的种类和浓度，对其产氢动力学进行分析与讨论，结果表明Fe2+、Mg2+、Ni2+的最佳投加浓度为10mg/L、100mg/L、0.6mg/L，发酵体系的最大累计产氢量相较于空白分别提高了43.53%、41.77%、105.3%；在Ni2+存在下的生物制氢体系属于非竞争性抑制，Ni2+的临界浓度为15.58mg/L。最后，研究探讨了水溶性介体对厌氧发酵产氢的影响，比较了结构相似的同类介体的加速效果，发现各醌类介体在其最佳浓度下可以促进产氢；不同浓度的蒽醌-2,6-二磺酸钠（AQDS）对厌氧产氢的影响实验表明，在0-0.1mmol/L的范围内，AQDS的最佳投加浓度为0.06mmol/L，并且在0-0.06mmol/L范围内，AQDS的投加量(LnC)与平均产氢速率(Y)之间呈一次线性关系，线性关系式为Y=1.7679LnC+10.39；对整个发酵过程的还原糖和其代谢产物丙酮酸进行检测并进行一级动力学拟合，通过比较水解速率常数并结合pH、ORP、VFAs等指标推测介体加速产氢机理。
【作者】勾晨晔；
【导师】郭建博；廉静；
【作者基本信息】河北科技大学，环境科学与工程，2014，硕士
【关键词】牛粪；生物制氢；金属元素；氧化还原介体；动力学；

【参考文献】
[1]刘利彬.应用CBCT研究胸腹部肿瘤放射治疗三种体位固定技术的摆位误差[D].福建医科大学,肿瘤学,2014,硕士.
[2]闫剑,岳建海,杨贺.大秦铁路列车5T系统信息融合技术的研究[J].铁路计算机应用,2014,12:52-54.
[3]佟爽.基于造纸废液制取热采表面活性剂的室内研究[D].东北石油大学,油气田开发工程,2013,硕士.
[4]廖军.晚期糖基化终末产物受体与核因子-κβ在中耳胆脂瘤中的表达及意义[D].福建医科大学,耳鼻咽喉科学,2014,硕士.
[5]史芳,薛晓辉,李秋全,陈峰.土工格栅二灰土加宽路基的力学特性[J].公路交通科技,2014,09:24-29.
[6]何殿.基于CreditMetrics模型的中国信贷资产证券化信用风险研究[D].上海交通大学,工商管理,2013,硕士.
[7]陈旭.介观电子系统非线性输运问题研究[D].河北科技大学,应用数学,2013,硕士.
[8]彭文英.公诉撤回制度研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[9]谭文,王耀南,黄丹,曾照福,周少武.不确定混沌系统的动态神经网络跟踪控制[J].控制与决策,2004,04:455-458.
[10]李骁.医院管理信息系统的分析与设计[D].吉林大学,软件工程,2004,硕士.
[11]倪芝.求职类节目中求职者言语缓和策略的顺应性研究[D].广东外语外贸大学,商务英语研究,2013,硕士.
[12]冯丹瑛.加味小青龙汤治疗小儿毛细支气管炎（风寒闭肺证）临床疗效观察[D].湖南中医药大学,中医儿科学,2014,硕士.
[13]王珍珍,周跃明,梁喜珍,丁忙,邹洪斌.石墨烯夹心式聚中性红修饰电极电催化氧化多巴胺的研究[J].分析试验室,2015,06:663-666.
[14]梁鑫磊.胡塞尔内时间意识现象学研究[D].西北师范大学,外国哲学,2013,硕士.
[15]张志芳.论我国犯罪嫌疑人人身权利保障制度的发展与完善[D].华中师范大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[16]朱喜峰.市场经济下红色文化传承研究[D].南昌航空大学,思想政治教育,2012,硕士.
[17]苑超勇.企业业务连续性管理体系构建及应用[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[18]乔西（JosalbertoBricenoS）.墨西哥桑托电影和中国李小龙电影的比较研究[D].复旦大学,影视文学,2013,博士.
[19]李虹.基于WAMS的电力系统状态估计若干问题研究[D].华北电力大学（北京）,2010.
[20]黄发珍.Gell肽介导的靶向脂质体抗肿瘤作用及其摄取机制的研究[D].苏州大学,药剂学,2013,硕士.
[21]林毅.基于粗集理论的关联规则挖掘的研究[D].广西大学,2004.
[22]孙建.温州市用电营销管理系统的设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[23]倪强.永磁同步电机无机械传感器直接转矩制控算法研究[D].西南交通大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[24]白长青.谈安德鲁·怀斯作品中的光影表现[D].内蒙古师范大学,美术学,2012,硕士.
[25]黄祖兴,张树声.办好印刷教育必须尊重经济规律——中国印刷业现状及发展战略管见[J].出版与印刷.1993(02)
[26]姜捷萌.消费者自我概念一致性对品牌依恋影响研究[D].大连海事大学,企业管理,2013,硕士.
[27]马强.IGF-1基因对猪矮小性状的影响[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[28]李顺.发动机表面噪声辐射预测及结构优化研究[D].湖南工业大学,机械制造及自动化,2012,硕士.
[29]王翠翠.当代油画创作素材来源分析[D].河北师范大学,美术,2014,硕士.
[30]许芳怡.染料敏化太阳能电池对电极及电解质的研究[D].大连工业大学,材料学,2010,硕士.
[31]陈宁,桂卫华,谢永芳,吴敏.时滞大系统分散鲁棒跟踪控制器设计:LMI方法[J].控制与决策,2001,01:97-99+103.
[32]李悦华.MIMO—OFDM系统中空时频编码的设计及性能分析[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[33]陆保新.博物馆建筑与博物馆学的关联性研究[D].清华大学,建筑学,2003,硕士.
[34]王鲁俊.表面等离子体微纳波导中基于四波混频效应的信号调控[D].西南交通大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[35]仵冀颖.偏微分方程在图像处理中应用的研究[D].北京交通大学,2009.
[36]武小莉.理工类职高生语言积累现状及教学对策的研究[D].河北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[37]武晓媛.城市社区思想政治教育工作研究[D].中北大学,思想政治教育,2014,硕士.
[38]杜启振,白清云,李宾.横向各向同性介质优化差分系数法地震波场数值模拟[J].石油地球物理勘探,2010,02:170-176+320+155.
[39]李路军.我国企业对合作伙伴的社会责任问题研究[D].河北经贸大学,伦理学,2013,硕士.
[40]董春岩.基于反传混沌粒子群训练前馈神经网络应用研究[D].北京化工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[41]帅志刚,龙孟秋,唐令,王冬.纳米带状石墨烯与石墨炔的电子结构与电荷输运[A].中国化学会.中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C].中国化学会:,2010:1.
[42]翟春梅.最优（n，3，2，1）光正交码的组合构造[D].苏州大学,应用数学,2014,硕士.
[43]方立华.网络监控系统中音视频实时流同步技术的研究与设计[D].浙江工业大学,2012.
[44]鲍谚,姜久春,张维戈,王嘉悦,温家鹏.新型直流系统绝缘在线监测方法[J].高电压技术,2011,02:333-337.
[45]朱文娅.蛋氨酸—胆碱缺乏饮食诱导非酒精性单纯性脂肪肝小鼠模型建立与益生菌治疗的动态观察[D].第二军医大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[46]田丰荣.上市公司内部控制披露水平与企业价值相关性研究[D].哈尔滨工业大学,会计学,2013,硕士.
[47]陈鉴.一种含微网的配电网过电流保护方案研究[D].西南交通大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[48]龙虹毓,何国军,徐瑞林,吴锴,周孟戈.计及分布式电源热泵的热电联产协调优化调度与能效分析[J].电力系统自动化,2013,14:38-42.
[49]吴洋.复杂网络中谱扰度问题的研究[D].武汉理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[50]徐池.生物恐怖袭击医学救援信息系统的建立[D].中国人民解放军军事医学科学院,情报学,2004,硕士.