玉米秸秆生物制氢
玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的实验研究的开题报告
玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的实验研究的开题报告一、选题背景与意义随着人类经济发展和人口增长，能源需求与日俱增，传统化石能源已经难以满足人民日益增长的需求。
同时，由于化石能源的消耗和排放，环境污染问题也日益加重。
因此，不断寻找并发展环保、清洁的替代能源已经成为世界各国亟待解决的问题。
生物质能是最为广泛利用和发展的一类新型能源，具有可再生资源、低污染、富余产出和多品种利用等优势。
生物质能的利用涵盖了固体、液态和气态三个领域，其中气体生产技术也成为新型生物质能源开发的热点之一。
生物制氢技术是通过微生物代谢过程产生氢气的一种环保可持续的生产技术，其与化石能源相比，具有能源利用高效、地球生物循环、温室气体减排和资源利用综合等显著优势。
目前，国外已经开始了相关研究和应用，并在生物质热解气化和光合成微生物制氢领域取得了重要进展。
而国内对此的研究和发展还比较缓慢，在生物制氢的新型能源领域方面具有很大的发展前景和空间。
因此，本研究选取玉米秸秆作为原料，通过厌氧发酵技术制备生物氢气，探究其生产效率、发酵过程中微生物的变化及影响因素等，并为国内生物制氢技术的发展提供技术支持和理论依据。
二、研究内容及方法研究内容：（1）分离筛选产氢微生物。
通过分离培养玉米秸秆样品中的微生物，筛选出高效率的产氢菌株；（2）优化厌氧发酵条件。
采用单因素法和正交实验设计优化玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的条件，以提高氢气产率和微生物生长速率；（3）研究厌氧发酵过程中微生物的变化。
通过分析玉米秸秆厌氧发酵过程中的微生物组成、代谢产物等特点，探究发酵过程中微生物的变化规律；（4）分析影响玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的主要因素。
研究玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的主要影响因素，以进一步提高氢气产率和微生物生长速率。
研究方法：（1）分离培养产氢微生物，筛选高效菌株；（2）采用单因素法和正交实验设计优化厌氧发酵条件；（3）采用分子生物学技术分析微生物群落结构及其变化规律；（4）采用气相色谱法分析厌氧发酵后产生的代谢产物。
玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性研究_孙学习
收稿日期:2009-07-14基金项目:国家/九七三0计划项目(2003CB214500,2006CB708407)作者简介:孙学习(1978)),男,讲师,博士,E -mail:sxuexi@;任保增(1962)),男,教授,博士生导师.E -mail:renbz@.c n.第30卷 第5期2010年5月北京理工大学学报T r ansactio ns of Beijing Institute of T echnolo gy V ol.30 N o.5M ay 2010玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性研究孙学习1,2, 李涛1, 任保增1, 樊耀亭1(11郑州大学化工与能源学院,河南,郑州 450001; 2.中州大学化工食品学院,河南,郑州 450044)摘 要:以玉米秸秆作为发酵底物,牛粪堆肥作为菌种来源,进行了30L 规模生物发酵制氢的特性研究.主要对底物发酵过程产氢途径进行分析,由液相末端发酵产物确定发酵类型.通过检测实验过程中发酵液的成分,分析了产氢的影响因素,并提出了持续稳定产氢的适宜方法.实验结果显示,玉米秸秆厌氧发酵制氢为丁酸型发酵,产氢反应过程中产氢量与微生物的生长特性紧密相关.关键词:玉米秸秆;厌氧发酵;氢气;牛粪堆肥中图分类号:T Q 11612 文献标志码:A 文章编号:1001-0645(2010)05-0599-04Study on the Characteristic of Bio -Hydrogen Productionfrom Anaerobic Fermentation of Corn StrawSUN Xue -xi 1,2, LI T ao 1, REN Bao -zeng 1, FAN Yao -ting1(11Scho ol o f Chemical Eng ineering and Ener gy ,Zhengzhou U niversit y,Zhengzhou,H enan 450001,China 21Co lleg e of Chemistry and Fo od Eng ineering ,Zhong zhou U niver sity,Zheng zho u,Henan 450044,China)Abstract :Bio -hy dro gen productio n from co rn straw by anaer obic ferm entation of co w dung com post has been studied and im plemented in 30L reactors.The av enue to producing hydrog en bysubstrate fermentation w as analyzed and the ferm entative style w as determined by liquid ferm ent pro duction.The facto rs o f hydrog en pr oduction w er e ascertained by measuring the zy moly tic liquid composition and an appro priate m ethod w as put forw ard for pr oducing hydrog en continuously and steadily.The ex perim ent result show s that the ferm entation o f corn straw to pro duce hydrog en belongs to the type o f buty ric acid fermentatio n and the amo unt of produced hy dro gen is closely r elated to the g row ing char acteristic of m icroo rganism in fermenting pro cess.Key words :corn str aw ;ferm entation;hy dro gen;co w dung com post 近年来氢气作为新型清洁可再生能源受到了极大的重视,与其他传统的能源燃料相比,氢气具有能量密度大、热转化率高、输送成本低,燃烧时只生成水、无二次污染等优点[1-2].在众多的制氢方法中,发酵法生物制氢技术以其可以有效利用生物质能源,减少农业废弃物对环境污染等特点已成为可再生能源领域的一个研究热点.近年来有不少研究者研究开发了发酵法制氢技术,如赖俊吉教授[3]以市政污泥作为产氢菌源,以蔗糖为供氢体,通过厌氧发酵获得了氢气;任南琪等[4]以厌氧活性污泥为菌种来源,以废糖蜜为原料,采用两相厌氧反应器制备出氢气,开创了利用非固定化菌种进行生物制氢的新途径;樊耀亭等[5-6]以发酵牛粪堆肥作为天然混合产氢菌来源,以蔗糖、淀粉和玉米芯等物质为底物,通过厌氧发酵制备了生物氢气[7].本实验在批式和小试实验结果的基础上,以牛粪堆肥作为菌种来源,以玉米秸秆作为发酵底物,进行了30L 规模的放大实验,对玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性进行了研究.1实验111实验原料采自郑州西郊的牛粪堆肥,玉米秸秆来自郑州郊区农田,粉碎后粒度为250L m.112实验设备5L种子发酵罐,30L搅拌式反应器,湿式气体流量计(额定流量012m3/h,误差?1%),温控装置,GC9900气相色谱仪,微电脑6071型pH计,微波密封消解COD快速测定仪,超声波发生器,真空干燥箱.113实验方法牛粪堆肥经过煮沸和强制曝气富集产氢菌种后,转入5L的种子发酵罐中,用蔗糖作为底物进行驯化培养,当菌种生长良好时,将其接种到30L的反应器中.玉米秸秆经过机械粉碎、蒸汽爆破和稀酸水解后同时转入反应器中作为发酵底物.用温控仪调节使得反应温度维持在37e.记录产气量,定时分析气相产物中氢气的体积分数、液相中挥发性脂肪酸和乙醇质量浓度、容积负荷COD,以及菌种质量浓度(干重),对微生物的生长过程、反应中发酵液的pH变化及发酵过程中糖的质量浓度的变化进行研究分析.2实验结果分析211产氢微生物的代谢途径在固定的实验条件下:控制温度在37?1e, pH在512左右,搅拌转速100r/min,012%盐酸处理过的玉米秸秆浓度为15g/L,考察了产氢微生物的代谢途径.由GC9900气相色谱对不同时期的气相成分和液相成分作了分析,并分别作出了氢气、挥发性脂肪酸以及醇随时间的变化.根据气相色谱仪检测到的生物气体的成分主要为H2和CO2,没有检测到CH4气体.21111氢气体积分数和产氢速率随时间的变化以牛粪堆肥为菌种来源,012%的H Cl处理过的玉米秸秆为底物(质量浓度15g/L),初始pH= 710时,反应时间对氢气体积分数的影响如图1所示.从图1可以看出,产氢量随时间的变化可分为4个阶段:反应延迟、开始产氢、持续产氢和产氢衰减.¹在反应延迟阶段,氢发酵菌经一定时间的驯化、培育,产气量很少.º4h后产气速率逐渐增图1氢气体积分数随时间的变化关系Fig.1Relation of produced hydrogen w ith reaction tim e大,随着时间的延长,氢气体积分数也逐渐增加.»由于在微生物厌氧发酵产氢过程中,CL ostr idium 菌属起着主要的控制作用,该细菌在经过一段时间的培育后开始萌发、生长,逐渐将有机物降解;反应进行到14h时产氢速率最高,达到13L/h,氢气体积分数达到最大值57%;进入持续产氢气阶段.¼22h后随着有机物耗尽,氢气体积分数逐渐下降,直至反应结束,反应过程中没有检测到CH4气体.厌氧发酵生物制氢过程中所出现的4个阶段产氢量与反应过程中微生物生长的停滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期4个阶段的生长特性密切相关. 21112液相发酵产物的液相代谢途径稳定条件下产氢微生物的代谢特性如图2和图3所示.600北京理工大学学报第30卷图2显示反应液相产物中醇(主要包括乙醇和丁醇)的质量浓度随着反应时间的变化;图3显示发酵液相产物中挥发性脂肪酸(主要为乙酸和丁酸)随反应时间的质量浓度变化.由GC9900气相色谱仪检测的液相发酵成分主要为乙醇、丁醇、乙酸和丁酸.发酵前期由于菌种处于滞后期的萌发状态,从孢子萌发成一个具有完全活性的细胞需要一定的时间,脂肪酸和醇的质量浓度都很低;随着菌种的活性增强代谢加快,醇和脂肪酸的质量浓度在菌种的指数生长期和稳定期迅速增加.其中乙醇和丁醇的质量浓度在接种后的第14h 时分别达到284m g/L 和674mg /L,而在此时脂肪酸乙酸和丁酸的质量浓度达到最大,分别为1534mg /L 和1589m g/L;之后挥发性脂肪酸的质量浓度无明显变化,而乙醇和丁醇的质量浓度持续略有增加.这表明产酸产氢过程已基本结束,但产醇的代谢还未停止.由于脂肪酸的累积和pH 等外界环境因素的变化,微生物为了维持生命,后期的代谢转变成了主要生成醇的代谢途径.本实验反应后期生成了较多的乙醇,但后期不再产生氢气,从整体产氢过程来看,丁酸依然占主导地位,发酵途径中为丙酮酸脱羧产氢,故确定本生物反应器内发酵类型为丁酸型发酵.212 产氢过程与微生物生长特性分析在发酵反应过程中,作者对微生物的生长过程、反应中发酵液的pH 变化及发酵过程中糖的质量浓度的变化过程进行了研究分析.发酵反应过程中,糖的质量浓度随时间的变化曲线如图4所示,糖的质量浓度在反应开始时变化较缓慢,当反应4h 后,糖的消减速度迅速加快,而反应到16h 时,其衰减趋势又有所减缓,这和反应系统中的菌种的生长特征有密切的关系.图4 糖质量浓度随时间的变化曲线Fig.4 Curve of s ugar content w ith reactiontime由图5和图6可以看出,在整个发酵过程中,产氢微生物经历了停滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期4个阶段;而发酵液中的糖的质量浓度一直呈下降趋势,直到消耗殆尽;pH 开始大幅度下降,中间平稳到最后略有上升.作者分析认为:在接种后的4h 内,菌种的质量浓度几乎没有变化,但由于微生物的生长作用,糖质量浓度和pH 均略有所下降.在停滞期过后6h 里,发酵液的糖质量浓度大幅度下降,此阶段菌种的活性最强,代谢最快,菌种在此阶段处于对数生长期内.由于代谢产物脂肪酸的积累,溶液的pH 在此阶段从616迅速下降到510,而期间菌种的质量浓度从1194g/L 增加到3181g/L.在接下来的6h 内,pH 从510下降到416.由于代谢产物积累和pH 等环境因素的变化,发酵液已逐渐不适合微生物的生长,菌种停止生长进入稳定期.在稳定期,微生物的活细菌数最高,依靠其自身的代谢调节,pH 也相对较稳定.随着营养物质的消耗殆尽,有害代谢产物的大量积累,菌种开始大量死亡,进入衰亡期.梭菌衰老并自溶,是使得pH 略有升高的主要原因.研究认为,在菌种的稳定期或发酵液的基质浓度不能达到要求时能及时地补充营养物601第5期孙学习等:玉米秸秆厌氧生物发酵制氢的特性研究质、移走代谢产物,并人为调节发酵液的pH,可以维持菌种生长的适宜条件,使菌种的稳定期延长.作者在反应过程中,用1mo l/L的KOH溶液调节pH在512左右波动,获得了更高的产氢速率和较高的底物降解率.3结论¹玉米秸秆厌氧发酵生物制氢过程中所出现的4个产氢阶段与微生物的停滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期的生长规律密切相关,产氢速率将随时间而发生规律性的变化.º通过液相末端发酵产物的成分分析发现丁酸发酵占主导地位,确定本生物反应器内发酵类型为丁酸型发酵.»在菌种的稳定期或者发酵液的基质浓度不能达到要求时及时地补充营养物质、移走代谢产物,调节发酵液的pH,尽可能地维持菌种生长的适宜条件,使菌种的稳定期延长.用1m ol/L的KOH溶液调节pH在512左右波动,获得了较高的产氢速率和底物降解率.参考文献:[1]L i C C,F ang H H P.F ermentativ e hydro gen pro ductionfro m wastew ater and so lid w astes by mixed culture[J].Crit R ev Env Sci T echno l,2007,37:1-39.[2]张全国,尤希凤,张军合.生物制氢技术研究现状及其进展[J].生物质化学工程,2006,40(1):27-31.Zhang Q uang uo,Yo u Xifeng,Zhang Junhe.T he pr es-ent situatio n and research pro gr ess in bio-hydro gen pro-duction techno lo gy[J].Bio mass Chem ical Eng ineering,2006,40(1):27-31.(in Chinese)[3]Lay J J.M odeling and optimization o f anaero bic digestedsludg e convert ing star ch to hydro gen[J].Bio technol Bio eng,2000,68(3):269-278.[4]李建政,任南琪,林明,等.有机废水发酵法生物制氢中试研究[J].太阳能学报2002,23(2):252-256.Li Jianzheng,R en N anqi,L in M ing,et al.H ydro gen bio-product ion by anaerobic fermentatio n o f o rg anic wastewat er in pilo t-sca le[J].Jo urnal of Acta Energ iae So lar is Sinica,2002,23(2):252-256.(in Chinese) [5]樊耀亭,李晨林,侯红卫,等.天然厌氧微生物氢发酵生产生物氢气的研究[J].中国环境科学,2002,22(4): 370-374.Fan Yao ting,Li Chenlin,Ho u H ong wei,et al.Studies on bio hydrog en pro duction by bio-hydrog en fer mentation of natur al anaer obic micro or ganism[J].Journal of China Enviro nmental Science,2002,22(4):370-374.(in Ch-i nese)[6]徐琰,张茂林,杏艳,等.纤维素类生物质厌氧发酵产氢的研究[J].化学研究,2005,16(2):6-8.Xu Y an,Zhang M ao lin,Xing Y an,et al.Biohy dr og en-pro ductio n f rom by anaero bic bio mass containing cellu-lose fermentatio n[J].Chemical Rer earch,2005,16(2): 6-8.(in Chinese)[7]张淑芳,潘春梅,樊耀亭,等.玉米芯发酵法生物制氢[J].生物工程学报,2008,24(6):1085-1090.Zhang Shufang,Pan Chunmei,F an Yao ting,et al.Con-v ersion of cor nco b into biohy dr og en by anaer obic fer-mentatio n[J].Chinese Journal of Biotechno log y,2008, 24(6):1085-1090.(in Chinese)(责任编辑:康晓伟)602北京理工大学学报第30卷。
玉米秸秆造生物燃料，这是什么神仙技术？
玉米秸秆造生物燃料，这是什么神仙技术？提供展位50个，名额有限！据外媒报道，在一篇新论文中，研究人员提出了一种方法，以更有效地从草本植物材料（如玉米秸秆、草）生产生物燃料。
该新系统通过帮助酵母在工业毒素中存活，简化了将植物糖分发酵成燃料的过程。
美国种植的玉米比任何其他作物都多，但只利用植物的一小部分来生产食物和燃料；一旦人们收获了玉米粒，就会留下不可食用的叶子、茎秆。
如果这种被称为玉米秸秆的植物物质能够有效地发酵成乙醇，那么秸秆就可以成为一种大规模的可再生燃料来源。
4吨秸秆可提取1.3吨聚乳酸，安徽丰原：量产后，PLA价格将进一步下降怀特海研究所成员、麻省理工学院（MIT）生物学教授Gerald Fink说：“秸秆的产量巨大，与石油的规模相当，但要廉价地使用它们（秸秆等生物质）来制造生物燃料和其他重要的化学品，存在着巨大的技术挑战。
”因此，年复一年，大部分的玉米秸秆被留在田里腐烂。
01使用秸秆制造乙醇现在，Fink和麻省理工学院化学工程教授Gregory Stephanopolous在麻省理工学院博士后研究员 Felix Lam的领导下进行的一项新研究提供了一种更有效地利用这种未充分利用的燃料来源的方法。
通过改变普通酵母模型--面包酵母Saccharomyces cerevisiae--周围的生长介质条件，并添加一种毒素破坏酶的基因，他们能够使用酵母从木质玉米材料中制造乙醇和塑料，其效率与典型的乙醇制造方法接近。
多年来，生物燃料行业一直依靠酵母等微生物将玉米粒中的糖类葡萄糖、果糖和蔗糖转化为乙醇，然后与传统汽油混合，为我们的汽车提供燃料。
玉米秸秆和其他类似材料也充满了糖分，其形式是一种叫做纤维素的分子。
虽然这些糖也可以转化为生物燃料，但纤维素分子以链的形式捆绑在一起，包裹在被称为木质素的纤维分子中，所以难以提取。
打破这些坚硬的外壳，分解糖链，会产生一种化学混合物，对传统的微生物发酵来说难以做到。
啤酒糟和玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的研究_硕士学位论文 精品
ｏｒ
ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ
ｃｏｒｎｓｔａｌｋ
ｂｙ
ｈｙｄｒｏｇｅｎ—ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ＣＯＷ ｄｕｎｇ ｃｏｍｐｏｓｔ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｐＨ
郑州大学硕士学位论文：啤酒糟和玉米秸秆厌氧发酵生物制氢的研究 传统的制氢方法有：电解水；烃类水蒸汽重整制氢方法及重油（或渣油）部分氧化
重整制氢方法。电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢 工程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解 成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的效率一般在７５％－８５％。其中工艺过
的初始ｐＨ值范围为６．０～７．０（对应于反应体系ｐＨ＝４．５～５．５），最佳底物浓度范围为１５～ ２５９／Ｌ。在底物浓度为２０９／Ｌ，初始ｐＨ值为６．０时，啤酒糟的产氢潜势最大（５４．４ｍｌ／ｇＴＳ）。 气相中氢气浓度最高可达４５％。以经处理的玉米秸秆为底物时，产氢的适宜环境条件
为：反应温度为３６±１。Ｃ，底物的初始ｐＨ值范围为６．０～７．０（对应于反应体系 ｐＨ＝４．５－５．５），最佳底物浓度范围为１５～２０９／Ｌ。在底物浓度为１５９／Ｌ，初始ｐＨ值为
在化石燃料燃烧过程中，将不可避免地造成水环境、大气环境和固体废弃物的污染，给 社会经济发展和人类的生存带来严重危害。当今世界，对促使经济、社会和环境协调发
展，实施可持续发展战略已经形成共识。因而，新能源的开发和利用，以替代非再生能 源，已成当今世界迫切和现实的研究课题之一。许多国家正加紧研究开发、利用太阳能、 风能、海洋能、地热能、生物质能和氢能等代替能源。 在诸多新能源中，氢能受到了科学家的广泛关注。这是因为，与传统的能源燃料相
农业废弃物资源化利用的创新技术
农业废弃物资源化利用的创新技术农业废弃物是指农田、牧场、生产加工的废实物和废弃物，主要包括玉米秸秆、稻草、麦秸、棉秸、豆秧、麻秸、花生秸秆等植物废弃物以及畜禽粪便、畜禽废弃物等，这些农业废弃物如果不得到合理的处理和利用，会对环境造成负面影响。
因此，农业废弃物资源化利用的创新技术备受关注。
一、沼气发电技术沼气是一种由农业废弃物经过沼气池发酵而产生的气体，其主要成分是甲烷和二氧化碳。
沼气发电技术可以将农业废弃物转化为可再生能源，不仅可以减轻对化石能源的依赖，还可以减少温室气体排放。
通过将沼气发电技术应用于农业废弃物处理，可以实现能源的再生利用和环境的改善。
二、生物质炭制备技术生物质炭是一种由农业废弃物在高温下经过缺氧条件下炭化而成的炭质材料。
生物质炭具有良好的吸附性能和土壤改良效果，可以应用于土壤改良、废水处理、废气处理等领域。
通过生物质炭制备技术，可以将农业废弃物转化为高附加值的产品，实现资源的循环利用。
三、生物制氢技术生物制氢是一种利用微生物将有机废弃物转化为氢气的技术。
在生物制氢过程中，微生物通过发酵作用将有机废弃物分解产生氢气，从而实现废弃物的资源化利用和能源的生产。
生物制氢技术具有能源清洁、环境友好的特点，可以有效解决农业废弃物处理和能源供应的问题。
四、生物乙醇生产技术生物乙醇是一种绿色能源，可以通过农业废弃物中的纤维素和半纤维素在微生物作用下转化为乙醇。
生物乙醇生产技术可以实现对废弃物资源的高效利用，同时减少对化石能源的消耗。
通过生物乙醇生产技术，可以降低温室气体排放，促进可再生能源的发展。
五、有机肥料生产技术有机肥料是一种通过农业废弃物经过发酵、堆肥等处理过程制成的肥料，其主要成分包括有机物、无机物和微生物。
有机肥料可以改善土壤结构、增加土壤肥力、提高农作物产量，同时减少化肥的使用量和环境污染。
有机肥料生产技术可以实现对废弃物资源的再利用，促进农业生产的可持续发展。
六、深层堆肥技术深层堆肥是一种通过在地下设置堆肥装置，利用微生物的发酵作用将农业废弃物转化为有机肥料的技术。
基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究
基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境问题的日益严峻，寻求清洁、可再生的能源已成为科学研究的热点。
光合生物制氢作为一种新兴的绿色能源技术，具有原料来源广泛、生产过程清洁无污染等优点，因此受到了广泛关注。
玉米秸秆作为一种常见的农业废弃物，其丰富的生物质资源为光合生物制氢提供了广阔的应用前景。
本文旨在通过基于BBD模型的实验研究，对玉米秸秆光合生物制氢过程进行优化，以期提高氢气产率，为光合生物制氢技术的实际应用提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了光合生物制氢技术的原理及发展现状，重点阐述了玉米秸秆作为光合生物制氢原料的优势。
随后，详细描述了实验所用的BBD模型（Box-Behnken Design）的基本原理及其在优化实验设计中的应用。
在此基础上，通过实验数据的收集和分析，对玉米秸秆光合生物制氢过程中的关键因素进行了深入研究，包括光照强度、温度、pH值等。
根据实验结果，提出了优化玉米秸秆光合生物制氢过程的策略和建议，为进一步提高氢气产率提供了理论依据。
本文的研究不仅有助于推动光合生物制氢技术的发展，也为农业废弃物的资源化利用提供了新的思路和方法。
本文的研究成果对于促进新能源技术的创新和发展，推动绿色、低碳、循环经济的实现具有重要意义。
二、材料与方法本实验选用新鲜的玉米秸秆作为光合生物制氢的原材料。
玉米秸秆来源于本地农田，经过自然风干后储存备用。
实验所用的微生物菌种为经过筛选的光合细菌，具有较高的氢气产生能力。
实验设备主要包括生物反应器、光源、温度控制器、气体收集装置以及气相色谱仪等。
生物反应器采用透光性能良好的玻璃材质，以保证光合细菌的光照需求。
光源采用LED灯，模拟自然光照条件。
温度控制器用于保持反应器内温度恒定，以满足光合细菌的生长需求。
气体收集装置用于收集产生的氢气，气相色谱仪用于检测氢气的纯度及产量。
（1）预处理：将玉米秸秆粉碎成一定粒度的粉末，用去离子水浸泡一定时间，以提高其可及性。
玉米秸秆生物制氢
深入研究玉米秸秆生物制氢的机理和动力学模 型，为进一步优化工艺参数提供理论支持。
开展玉米秸秆生物制氢的中试和工业化试验，验 证其在实际应用中的可行性和经济性。
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05
玉米秸秆生物制氢应用前 景与挑战
应用领域拓展
能源领域
玉米秸秆生物制氢可作为一种可再生能源，用于发电、供热等领 域，有助于缓解化石能源的压力。
化工领域
生物制氢可用于合成氨、甲醇等化工产品，降低对传统化石原料 的依赖。
交通领域
将生物制氢应用于燃料电池汽车，可降低交通领域的碳排放，推 动绿色出行。
破碎设备
用于将玉米秸秆破碎成小块， 以便于后续的干燥和生物转化 过程。
生物转化反应器
为微生物或酶提供适宜的生长 环境，促进其对玉米秸秆中多 糖类物质的转化。
氢气净化设备
用于去除氢气中的杂质，如二 氧化碳、甲烷等，得到纯净的 氢气。
操作参数优化
温度控制
根据不同阶段的微生物或酶的最适温 度，调整反应器的温度，以提高生物 转化和发酵效率。
温度、pH值、接种量等条件对玉米 秸秆生物制氢过程具有显著影响。适 宜的温度和pH值有利于产氢菌的生 长和代谢，而接种量的多少则直接影 响产氢菌在发酵体系中的数量和活性 。
玉米秸秆生物制氢技术具有原料来源 广泛、成本低廉、环保可持续等优点 ，未来有望在能源、环保等领域得到 广泛应用。同时，针对该技术存在的 产氢量不稳定、发酵周期长等问题， 可通过优化发酵工艺、选育高效产氢 菌株等措施加以改进和完善。
实验材料
选用新鲜、无病虫害的玉米秸秆，经 过破碎、干燥等预处理后备用。
实验方法
采用批式发酵方式，在一定的温度、pH 值、接种量等条件下进行发酵实验。通 过定期取样分析，监测产氢量、底物消 耗、微生物群落变化等指标。
《玉米秸秆生物制氢》课件
生物制氢的前景展望
应用前景
• 可应用于城镇燃气 • 可用于汽车和航空领域 • 可用于工业气体生产及发电等领域
未来发展方向
1. 开发更高产氢效率的微生物菌株 2. 优化反应条件和工艺参数 3. 开发更加环保和节能的提氢技术
结语：生物制氢的优势、意义 和挑战
生物制氢具有废弃物可回收、绿色环保、低碳排放和气体纯度高等优势，是 未来清洁能源发展的方向之一。但其发展还面临着技术不ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ熟、成本高、微 生物种类单一等挑战。
易于获取和储存
玉米秸秆易于获取和储存，且具有坚硬的结构 和低含水量，适合于生物制氢。
可持续利用
生物质资源可以通过循环再利用的方式实现可 持续发展，有利于我国能源结构的调整和绿色 低碳经济的发展。
预处理对于生物制氢的影响
预处理的目的
通过预处理可以使玉米秸秆更易 于发酵，提高生物制氢的效率。
碱处理
水热处理
碱性溶液处理玉米秸秆可破坏秸 秆中的结构组成，增加其可溶性， 提高产氢效率。
水热处理是将玉米秸秆加温后， 通过水解和溶解作用降低其纤维 素的结晶性，提高水解产氢效率。
三个步骤：生物制氢反应原理和过程
1
玉米秸秆发酵
微生物在玉米秸秆的作用下，将其分解成发酵产物。
2
产氢菌发酵
发酵产物被产氢菌分解为H2，CO2等气体，并释放能量。
《玉米秸秆生物制氢》 PPT课件
生物制氢是一种创新的清洁能源生产方式，本课件将介绍如何利用玉米秸秆 进行生物制氢，探究未来绿色能源的发展前景。
玉米秸秆优于其它生物质的原因
丰富的资源
玉米是全球耕种面积最大的粮食作物之一，其 秸秆是丰富的生物质资源。
低碳排放和环境友好
玉米秸秆预处理对厌氧发酵制氢影响的研究
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可再生能源
2010，28（2）
具有代表性的预处理方法， 研究其对玉米秸秆发 酵产氢能力的影响。 1 材料与方法 1.1 玉米秸秆的来源及预处理
玉米秸秆采自郑州北郊农田。 先将自然风干 的玉米秸秆切成 3～5 cm ，然后利用植物粉碎机将 这些小段粉碎成 30～60 目的粉末，再进行预处理。
Abstract： Five different pretreatment methods including steam explosion pretreatment, H2SO4 pretreatment, NaOH pretreatment，HCl pretreatment and mixed pretreatment were tested to improve bio-hydrogen production from corn stalk. The experiments showed that a considerable portion of cellulose and hemicelluloses in straw could be hydrolyzed and be converted to reducing sugar by the pretreatments，the best hydrolytic result of straw was attained by 0.8% H2SO4 mixed with steam explosion pretreatment. A maximum rate of 23.76% of reducing sugars recovery was obtained at optimum boiling time of 18 min, sulfuric acid of 0.8%（mass fraction），liquid-solid ratio of 10 and retention time of 30 min, and the maximum hydrogen production potential of corn straw was 140.79 ml/g. Key words： corn straw； pretreatment； fermentation； bio-hydrogen production
微氧条件下玉米秸秆的发酵产氢
微氧条件下玉米秸秆的发酵产氢郭雅妮;苏海雯;焦晨曦;李东【摘要】以玉米秸秆为原料,通过小试实验研究了不同的预处理方式和通氧量对微氧条件下发酵产氢的影响,放大实验对比了微氧发酵和厌氧发酵过程中产气、产氢、pH、碱度、挥发性脂肪酸(VFA)以及微生物种群的变化.小试实验表明,经过稀酸预处理的玉米秸秆产氢效果最好,最佳通氧量确定为280 mL/(kg·d).放大实验表明,微氧发酵的最大产气量、最大产氢量、累计产气量和累计产氢量均高于厌氧发酵,并且产气和产氢时间延长了6 h.引起 pH 和碱度变化的原因主要是 VFA 的积累,特别是乙酸和丁酸.能够鉴定到科及以下的微氧发酵产氢优势种有肠球菌属(Enterococcus sp.)、拟杆菌属(Bacteroides oleiciplenus)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.)、消化链球菌科(Peptoclostridium difficile)、肠杆菌属(Escherichia sp.)、乳杆菌属(Lactobacillus mucosae)、梭状芽孢杆菌科(Clostridia)、梭菌属(Clostridium baratii)、双歧杆菌属(Bifidobacterium animalis).%Corn straws were used as raw material.The prtreatment method and oxygen quantity were settle down by laboratory scale experiment.Gas production,hydrogen production,pH,alkalinity,volatile fatty acids(VFA) and microbial population of micro-aerobic fermentation and anaerobic fermentation were compared by amplified scale boratory scale experiment showed that acid pretreatment and oxygen quantity of 280 mL/(kg·d) were the best conditions.Amplified scale experiment showed that the maximum gas production,the maximum hydrogen production,cumulative gas producton,cumulative hydrogen production of micro-aerobic fermentation were all higher than those of anaerobicfermentation,and the gas producton and hydrogen production time prolonged 6 h. The variation of pH and alkalinity was mainly due to the cumulation of VFA,especially acetic acid and butyric acid. The dominant species which were identified more accurately than family were Enterococcus sp.,Bacteroides oleiciplenus,Citrobacter sp.,Peptoclostridium difficile,Escherichia sp.,Lactobacillus mucosae,Clostridia, Clostridium baratii and Bifidobacterium animalis.【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P139-144)【关键词】玉米秸秆;微氧发酵;生物制氢【作者】郭雅妮;苏海雯;焦晨曦;李东【作者单位】西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048;西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048;西安市环境监测站,陕西西安710054;中国科学院成都生物研究所,四川成都610041【正文语种】中文随着化石能源日益减少，氢被普遍认为是一种最有吸引力的替代能源[1]，未来将成为主要能源[2]。
玉米秸秆厌氧发酵生物制氢放大实验研究
郑州大学
硕士学位论文
玉米秸秆厌氧发酵生物制氢放大实验研究
姓名：胡庆丽
申请学位级别：硕士
专业：化学工艺
指导教师：任保增
20070520
秸秆以及微生物处理过的玉米秸秆的扫描电镜图。
从图４．１．ａ可以看出，原始玉米秸秆的表面为致密的纤维结构，中空的纤维束管紧密排列，由于在粉碎过程中受到物理冲击而部分碎裂。
与图４．１．ａ相比，图４．１．ｂ的表面的裂缝更深，突起的纤维碎片有被侵蚀的特征，这表明经过０．２％ＨＣｌ处理后，玉米秸秆表面的纤维素已经部分溶解了。
图４．１．ｃ所示的玉米秸秆表面被侵蚀的更严重，看不到完整的纤维管状物，表面布满了孔洞。
这说明经微生物作用后，玉米秸秆部分受到腐蚀而降解。
图４．１－ａ图４．１－ｂ
图４．１．ｃ
图４．１三种玉米秸秆样品的扫描电镜图
（ａ）未处理样，（ｂ）Ｏ．２％ＨＣｌ处理过的样，（ｃ）产氢后的样
Ｆｉｇｕｒｅ４．１ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｃｏｒｎｓｔａｌｋｓａｍｐｌｅｓ
ｃｒｕｄｅｃｏｒｎｓｔａｌｋ（ａ），０．２％ＨＣｌｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｍｓｔａｌｋ（ｂ）ａｎｄｒｅｓｉｄｕｅ
ｏｆｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｃｏｒｎｓｔａｌｋｂｙｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ（ｃ）。
玉米秸秆生物制氢
厌氧发酵生物制氢我国是一个农业大国，其中农作物的耕种面积居世界第一，而秸秆则是农作物生产系统中一项重要的生物质资源。
据统计我国每年产生的秸秆大约有10亿吨，且随着农村经济的发展和科技的进步，农作物秸秆产量将随着粮食产量的增加而逐年递增。
表1是我国主要农作物秸秆的资源量情况：表一2003年中国主要农作物秸秆资源量从表l可以看到，我国的农作物秸秆主要有三种:稻草、玉米秸秆和麦秆。
这三种秸秆产量丰富，占到了秸秆总量的75.63%。
其中稻草秸秆的产量最大，其次是玉米秸秆。
目前我国农作物秸秆的利用途径主要有以下几类:1用作肥料;2用作饲料;3用作工业原料;4用作农村生活燃料能源;5田间直接焚烧或弃置堆放。
其中用作牲畜饲料和农村生活燃料是秸秆利用的两个主要方面，分别占到秸秆总资源的31%和45%。
近年来，我国农作物秸秆的利用率呈下降趋势，大量的秸秆因无法很好的利用而越来越多的被露天燃烧，这严重的污染环境并带来了一些社会问题。
露天燃烧秸秆会导致大量温室气体-CO2的排放，污染空气，加重了气候变暖，还可能因为焚烧不当而引起火灾。
并且秸秆弃置堆放也会破坏农村的生活居住环境。
为了解决上述这些问题，现阶段己开发了秸秆利用的新途径。
例如，通过厌氧发酵技术把农作物秸秆转化成清洁的可燃气体，如氢气等，就是其中一个非常可行的利用途径。
一、秸秆厌氧发酵处理的可行性秸秆是众多有机物中的一种，通过厌氧发酵处理后可产生生物气体，既被充分利用又避免了对环境产生污染，充分发挥了秸秆的资源作用。
厌氧发酵具有以下优点:①发酵过程中产生了清洁的能源气体，如氢气等;②废弃物经厌氧发酵后剩余残渣中的有机物含量减少了，有利于土壤中的微生物对其进行分解;③在厌氧发酵过程中一些病原微生物会被消灭，而同时含有的N、P、K等成分几乎能被保留;④一部分有机氮被水解成氨态氮，使肥分中的速效氮增加;⑤厌氧发酵过程不会产生其他的副产物，并且秸秆的成分可以为厌氧细菌提供生存的营养物质;但是，厌氧发酵也存在一些不可避免的缺点，例如:厌氧发酵微生物容易受一些外来因素的影响，使得厌氧发酵系统启动较慢;由于部分有机物的分解，尾料中存在有硫元素或氮元素，反应会产生硫化氢或氨气等臭气。
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二、秸秆厌氧发酵处理的可行性
秸秆是众多有机物中的一种，通过厌氧发酵处理后可产生 生物气体，既被充分利用又避免了对环境产生污染，充分 发挥了秸秆的资源作用。厌氧发酵具有以下优点:
①发酵过程中产生了清洁的能源气体，如氢气等; ②废弃物经厌氧发酵后剩余残渣中的有机物含量减少了，
有利于土壤中的微生物对其进行分解; ③在厌氧发酵过程中一些病原微生物会被消灭，而同时含
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3.1厌氧发酵生物制氢菌种
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3.2发酵产氢的机理
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3.3厌氧发酵反应主要经过两个阶段:产 酸阶段和产物分解 的过程中
产酸菌
有机酸类(如乙酸、丙酸等) 醇类(如乙醇)
大量的氢游离出来
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产气阶段
酸性发酵阶段的后期
有机酸得到部分中和
厌氧发酵生物制氢 —以秸秆为原料
杨晓红
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我国是一个农业大国，其中农作物的耕种面积 居世界第一，而秸秆则是农作物生产系统中一 项重要的生物质资源。据统计我国每年产生的 秸秆大约有10亿吨，且随着农村经济的发展和 科技的进步，农作物秸秆产量将随着粮食产量 的增加而逐年递增。表1是我国主要农作物秸 秆的资源量情况：
第一阶段产生的 中间产物继续分解
分解产物氨的增加
pH值也随之缓慢回升
CH4、CO2、NH3
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三、实验室研究
1实验装置
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2实验运行与操作
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有的N、P、K等成分几乎能被保留; ④一部分有机氮被水解成氨态氮，使肥分中的速效氮增加; ⑤厌氧发酵过程不会产生其他的副产物，并且秸秆的成分
可以为厌氧细菌提供生存的营养物质;
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三、秸秆厌氧发酵处理的反应过程
厌氧发酵制氢是在厌氧条件下利用产氢微生物 代谢有机物产生氢气的过程。产氢微生物也能 够利用多种底物产生氢气，如葡萄糖、蔗糖、 淀粉、乳酸、纤维素二糖、秸秆以及各种短链 脂肪酸等，在固氮酶或氢酶的作用下将底物分 解产生氢气。与光合制氢相比，发酵制氢过程 不受光照时间限制，产氢速度快，工艺简单， 更容易在短期内实现工业化应用。因此，厌氧 发酵制氢更具有发展潜力。
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表一 2003年中国主要农作物秸秆资源量
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近年来，我国农作物秸秆的利用率呈下降趋势， 大量的秸秆因无法很好的利用而越来越多的被 露天燃烧，这严重的污染环境并带来了一些社 会问题。露天燃烧秸秆会导致大量温室气体CO2的排放，污染空气，加重了气候变暖，还 可能因为焚烧不当而引起火灾。并且秸秆弃置 堆放也会破坏农村的生活居住环境。