微生物制氢
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微生物制氢（Bio-hydrogen）
目录
CONTENTS
1 引言 2 制氢方法简介 3 生物制氢 4 制氢途径 5 存在问题与展望
1 引言
在目前所用的商品能源中95%是化石能源。在能量消耗
中比重最大的是石油，占能源总消耗总量的45%，煤炭占
30%，天然气占21%。一方面化石燃料的储量有
限，大规模的开采和消耗必将导致能源枯竭；
的产氢基因和产氢酶提炼出肠杆菌等受体细胞中进行表达。
在
问
（4）研究微生物产氢的代谢过程中的酶类，对代谢过程进
题
行控制，使代谢途径更好的向高效产氢的方向进行等。
与
展
望
[13] Ren N, Guo W, Liu B, et al. Biological hydrogen production by dark
物转化为电能的方法,在最近几年得到了飞速的发展。
微生物电解电池( microbial electrolysis cells，MEC) 则是在MFC 的基础上改进而
成的一种产氢装置，即MECs技术是一种利用微生物代谢活动将储存在废水有机
生
物
物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置。
制
氢
途
径
4 「MECs」原理
2
天然气转化制氢
生物制氢
制
甲醇水蒸气转化制氢
氢
方
法
煤焦化或煤气化法制氢
简
介
电解水制氢
[2] 倪萌, M.K .H .Leung , K .Sumathy. 电解水制氢技术进展[J].能源环境保护，2004,18（5）：5-9. [3] 刘晓丽.制氢工艺技术比较[J].工艺与设备，2016,5:78-79.
4 「暗发酵」（Dark fermentation ）」
所需条件：厌氧发酵细菌、黑暗条件、厌氧环境 两种途径： 途径一：甲酸分解产氢过程
生
物
途径二：通过 NADH+平衡调节产氢途径
制
氢
途
径
[8] 应燕玲.光合产氢细菌 PB-a 的分离鉴定、产氢特性和产氢系统群落分析[D].浙江大学生命科学学院,2008.
另一方面，化石燃料燃烧产生的COx、SOx、
引 言
NOx、CxHx 和煤烟、粉尘、液滴、焦油等 物质对环境造成严重的污染，并引起全球气
候改变。
氢气作为一种高效、清洁、可再生能源，在全
球能源系统的持续发展中将起到显著作用，并将对全球生
态环境产生巨大影响。
[1] 王瑞兴，钱春香，袁晓明. 发酵制氢微生物与高效发酵途径的研究进展[J]. 环境科学与技术，2013，36（12）： 90-99.
1、利用微藻将光能转化为氢气，在制氢过程中主要包括两种类型的光系统（PS Ⅰ和PS Ⅱ）和 两种途径。
途径一：:葡萄糖等有机供体经分解代谢产生电子供体
电子转移方向：电子供体 → PS Ⅰ →Fd →氢酶→H2 , 同时伴随产生CO2。
生
物
制
途径二:生物光水解产氢
氢 途
电子转移方向：H2O →PS Ⅱ →PS Ⅰ →Fd →氢酶→H2 , 同时伴随产生O2 。
生
物
制 氢
2H+ +4ATP+2e-
H2 +4ADP +4Pi (2)
途
径
[6] 周汝雁, 尤希凤, 张全国. 光合微生物制氢技术的研究进展[J]. 中国沼气 ,2006 , 24(2):31-35.
[7] Najafpour G D, Shahavi M H, Neshat S A. Assessment of biological Hydrogen production processes: A review[J]. 2016, 36(1):012068.
速度（常用催化剂铂）。
3、反应器结构的影响：根据外形可分为管式、瓶式、方形和圆形等；根据流动方式有流动性
生
和间歇性反应器；根据有无质子交换膜可分为双室和单室结构。
物 制
4、不同底物的影响:实验室通常以葡萄糖、醋酸钠等作为碳源，但也可以用生活污水或工业废
氢
水等作为MECs的底物。
途
径
5、产能微生物：附着于反应器阳极的产能微生物，是有机污染物降解的生物催化剂。（无需
5
光转化效率不高
存
在
问
题
与
氢气产生的不稳定
展 望
性
有机废水处理能力较低，产氢效率较 低，阴阳极材料成本较高。双室MECs 阴阳极室之间的膜成本高
大规模应用等
5
（1）开发新菌种，筛选高效产氢菌株
（2）进行菌株固定化技术的研究，提高产氢的效率，可以 研究不同固定化方式对产氢效果的提高。
（3）利用目前比较成熟的基因技术将已发现的高效产氢菌
MECs
[4] 孙立红，陶虎春. 生物制氢方法综述[N]. 中国农学通报,2014,30(36):161-167. [5] 王瑞兴， 钱春香， 袁晓明. 发酵制氢微生物与高效发酵途径的研究进展[J].环境科学与技术，2013，36（12）：90-93.
4 「光合微生物制氢技术」（Direct biophotolysis）
fermentation: challenges and prospects towards scaled-up production[J]. Current
Opinion in Biotechnology, 2011, 22(3):365-70.
[14] 广忠勇, 陈朋, 严晓娟,等. 微生物制氢工艺优化与生物反应的调控[J]. 现代生物医学进 展, 2012, 12(2):380-384.
4 生物制氢方法比较
生 物 制 氢 途 径
[9] 朱艳艳.光合生物制氢过程中微生物菌群生物研究[D].河南农业大学，2013.
4 生物制氢方法比较
生 物 制 氢 途 径
[4] 孙立红，陶虎春. 生物制氢方法综述[N]. 中国农学通报,2014,30(36):161-167
4 「MECs」
微生物燃料电池(microbial fuel cells，MFC) 提供了一种直接将生物可降解的有机
径
[6] 周汝雁, 尤希凤, 张全国. 光合微生物制氢技术的研究进展[J]. 中国沼气 ,2006 , 24(2):31-35.
4 「光合微生物制氢技术」
2、光合细菌分解有机物制氢（只有一个光合系统）
所需条件：光照、酶（:固氮酶、氢酶和可逆氢酶）
主要过程：
N2 +12ATP +6e-
2NH3 +12ADP +12Pi (1)
电子转移介体而可以将电子直接转移到阳极上。）
[11] 邸志珲, 张婧卓, 周启星,等. 基于生物电化学原理的生物制氢研究进展[J]. 化工进展, 2016, 35(s1). [12] Lee H S, Rittmann B E. Significance of biological hydrogen oxidation in a continuous single-chamber microbial electrolysis cell.[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44(3):948-54.
3
What is Bio-hydrogen ?
利用微生物自身的生理作用，在一定的环境条件下， 通过新陈代谢获得氢气。
1、什么微生物？ 2、什么条件下？ 3、什么途径？
Bio-hydrogen
4
光水解产氢：蓝细菌和绿藻在光照和厌氧条件下分解水产氢。
微 生 物 制 氢
生 物 制 氢 途 径
发酵制氢
光合发酵：光合细菌在光照和厌氧条件下分解有机物产氢 暗发酵：细菌在黑暗和厌氧条件下分解有机物产氢
[15] 许洪章, 彭猛, 张光明,等. 固定化光合细菌技术及其运用的研究进展[J]. 环境科学与技 术, 2016(7).
THANK YOU FOR WATCHING
生 物 制 氢 途 径
[10] 郭坤, 张京京, 李浩然,等. 微生物电解电池制氢[J]. 化学进展, 2010(4):748-753.
4 「MECs」影响因素
1、阳极的影响：微生物阳极电极电势、阳极材料（附着面积大、高导电、不易腐蚀）。
2、阴极的影响：由支撑材料和催化剂组成，催化剂可降低反应的活化能，加快反应
目录
CONTENTS
1 引言 2 制氢方法简介 3 生物制氢 4 制氢途径 5 存在问题与展望
1 引言
在目前所用的商品能源中95%是化石能源。在能量消耗
中比重最大的是石油，占能源总消耗总量的45%，煤炭占
30%，天然气占21%。一方面化石燃料的储量有
限，大规模的开采和消耗必将导致能源枯竭；
的产氢基因和产氢酶提炼出肠杆菌等受体细胞中进行表达。
在
问
（4）研究微生物产氢的代谢过程中的酶类，对代谢过程进
题
行控制，使代谢途径更好的向高效产氢的方向进行等。
与
展
望
[13] Ren N, Guo W, Liu B, et al. Biological hydrogen production by dark
物转化为电能的方法,在最近几年得到了飞速的发展。
微生物电解电池( microbial electrolysis cells，MEC) 则是在MFC 的基础上改进而
成的一种产氢装置，即MECs技术是一种利用微生物代谢活动将储存在废水有机
生
物
物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置。
制
氢
途
径
4 「MECs」原理
2
天然气转化制氢
生物制氢
制
甲醇水蒸气转化制氢
氢
方
法
煤焦化或煤气化法制氢
简
介
电解水制氢
[2] 倪萌, M.K .H .Leung , K .Sumathy. 电解水制氢技术进展[J].能源环境保护，2004,18（5）：5-9. [3] 刘晓丽.制氢工艺技术比较[J].工艺与设备，2016,5:78-79.
4 「暗发酵」（Dark fermentation ）」
所需条件：厌氧发酵细菌、黑暗条件、厌氧环境 两种途径： 途径一：甲酸分解产氢过程
生
物
途径二：通过 NADH+平衡调节产氢途径
制
氢
途
径
[8] 应燕玲.光合产氢细菌 PB-a 的分离鉴定、产氢特性和产氢系统群落分析[D].浙江大学生命科学学院,2008.
另一方面，化石燃料燃烧产生的COx、SOx、
引 言
NOx、CxHx 和煤烟、粉尘、液滴、焦油等 物质对环境造成严重的污染，并引起全球气
候改变。
氢气作为一种高效、清洁、可再生能源，在全
球能源系统的持续发展中将起到显著作用，并将对全球生
态环境产生巨大影响。
[1] 王瑞兴，钱春香，袁晓明. 发酵制氢微生物与高效发酵途径的研究进展[J]. 环境科学与技术，2013，36（12）： 90-99.
1、利用微藻将光能转化为氢气，在制氢过程中主要包括两种类型的光系统（PS Ⅰ和PS Ⅱ）和 两种途径。
途径一：:葡萄糖等有机供体经分解代谢产生电子供体
电子转移方向：电子供体 → PS Ⅰ →Fd →氢酶→H2 , 同时伴随产生CO2。
生
物
制
途径二:生物光水解产氢
氢 途
电子转移方向：H2O →PS Ⅱ →PS Ⅰ →Fd →氢酶→H2 , 同时伴随产生O2 。
生
物
制 氢
2H+ +4ATP+2e-
H2 +4ADP +4Pi (2)
途
径
[6] 周汝雁, 尤希凤, 张全国. 光合微生物制氢技术的研究进展[J]. 中国沼气 ,2006 , 24(2):31-35.
[7] Najafpour G D, Shahavi M H, Neshat S A. Assessment of biological Hydrogen production processes: A review[J]. 2016, 36(1):012068.
速度（常用催化剂铂）。
3、反应器结构的影响：根据外形可分为管式、瓶式、方形和圆形等；根据流动方式有流动性
生
和间歇性反应器；根据有无质子交换膜可分为双室和单室结构。
物 制
4、不同底物的影响:实验室通常以葡萄糖、醋酸钠等作为碳源，但也可以用生活污水或工业废
氢
水等作为MECs的底物。
途
径
5、产能微生物：附着于反应器阳极的产能微生物，是有机污染物降解的生物催化剂。（无需
5
光转化效率不高
存
在
问
题
与
氢气产生的不稳定
展 望
性
有机废水处理能力较低，产氢效率较 低，阴阳极材料成本较高。双室MECs 阴阳极室之间的膜成本高
大规模应用等
5
（1）开发新菌种，筛选高效产氢菌株
（2）进行菌株固定化技术的研究，提高产氢的效率，可以 研究不同固定化方式对产氢效果的提高。
（3）利用目前比较成熟的基因技术将已发现的高效产氢菌
MECs
[4] 孙立红，陶虎春. 生物制氢方法综述[N]. 中国农学通报,2014,30(36):161-167. [5] 王瑞兴， 钱春香， 袁晓明. 发酵制氢微生物与高效发酵途径的研究进展[J].环境科学与技术，2013，36（12）：90-93.
4 「光合微生物制氢技术」（Direct biophotolysis）
fermentation: challenges and prospects towards scaled-up production[J]. Current
Opinion in Biotechnology, 2011, 22(3):365-70.
[14] 广忠勇, 陈朋, 严晓娟,等. 微生物制氢工艺优化与生物反应的调控[J]. 现代生物医学进 展, 2012, 12(2):380-384.
4 生物制氢方法比较
生 物 制 氢 途 径
[9] 朱艳艳.光合生物制氢过程中微生物菌群生物研究[D].河南农业大学，2013.
4 生物制氢方法比较
生 物 制 氢 途 径
[4] 孙立红，陶虎春. 生物制氢方法综述[N]. 中国农学通报,2014,30(36):161-167
4 「MECs」
微生物燃料电池(microbial fuel cells，MFC) 提供了一种直接将生物可降解的有机
径
[6] 周汝雁, 尤希凤, 张全国. 光合微生物制氢技术的研究进展[J]. 中国沼气 ,2006 , 24(2):31-35.
4 「光合微生物制氢技术」
2、光合细菌分解有机物制氢（只有一个光合系统）
所需条件：光照、酶（:固氮酶、氢酶和可逆氢酶）
主要过程：
N2 +12ATP +6e-
2NH3 +12ADP +12Pi (1)
电子转移介体而可以将电子直接转移到阳极上。）
[11] 邸志珲, 张婧卓, 周启星,等. 基于生物电化学原理的生物制氢研究进展[J]. 化工进展, 2016, 35(s1). [12] Lee H S, Rittmann B E. Significance of biological hydrogen oxidation in a continuous single-chamber microbial electrolysis cell.[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44(3):948-54.
3
What is Bio-hydrogen ?
利用微生物自身的生理作用，在一定的环境条件下， 通过新陈代谢获得氢气。
1、什么微生物？ 2、什么条件下？ 3、什么途径？
Bio-hydrogen
4
光水解产氢：蓝细菌和绿藻在光照和厌氧条件下分解水产氢。
微 生 物 制 氢
生 物 制 氢 途 径
发酵制氢
光合发酵：光合细菌在光照和厌氧条件下分解有机物产氢 暗发酵：细菌在黑暗和厌氧条件下分解有机物产氢
[15] 许洪章, 彭猛, 张光明,等. 固定化光合细菌技术及其运用的研究进展[J]. 环境科学与技 术, 2016(7).
THANK YOU FOR WATCHING
生 物 制 氢 途 径
[10] 郭坤, 张京京, 李浩然,等. 微生物电解电池制氢[J]. 化学进展, 2010(4):748-753.
4 「MECs」影响因素
1、阳极的影响：微生物阳极电极电势、阳极材料（附着面积大、高导电、不易腐蚀）。
2、阴极的影响：由支撑材料和催化剂组成，催化剂可降低反应的活化能，加快反应