使用汽爆植物秸杆發酵製備氫氣的方法
2024-04-04 20:56:05 1
專利名稱：使用汽爆植物秸杆發酵製備氫氣的方法
技術領域：
本發明屬於氫氣能源的製備方法領域，特別涉及一種使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法。
背景技術：
能源與環境是人類社會可持續發展過程中最重要的主題。近代，人類使用的主要能源經歷了材薪、煤炭、石油和天然氣、核能的發展。然而，仍佔最大比重的化石燃料，產生大量的有害物質，帶來嚴重的環境汙染；同時，隨著世界經濟飛速發展和人口膨脹增長，能源消耗指數增長，使化石能源日漸匱乏。於是，又出現了潔淨的新能源，如太陽能、風能、地熱能等以及氫能。
氫能作為一種獨特的能源具有不可比擬的優勢。首先，氫能的能量轉化率高，通過燃料電池可不受卡諾循環的限制，高效轉化為電能；其次，是氫能的潔淨性，它可把能量轉化過程中對環境的危害降到最低程度；第三，氫能具有可儲、可輸性。氫可以通過化石能源獲得，也可以從生物質中獲得。
目前氫氣主要作為一種中間產品而生產的。它是進一步化工合成加氫的重要原料，主要是由化工能源天然氣(CH4)、原油和煤作為原料和水蒸氣在高溫下重整、氣化或烴類部分氧化轉化生成。由化石能源制氫還放出CO2。氫也可由電解水生產，但這是一種昂貴的方法，一般在特殊的生產目的下的副產物，如氯鹼工業。以煤原料制氫需要消耗更多的蒸汽，能耗高(煤比石油、天然氣含氫量少)。目前，從化石能源中製取氫氣都已規模化生產，其產量佔氫氣總產量的96％，技術較為成熟。然而，依賴傳統化石能源來合成清潔氫能與可持續發展是相矛盾的。
生物制氫對真正實現氫能的應用具有很大的實際意義，90年代以來受到空前重視，一些發達國家制定了生物制氫的發展計劃，以期儘快實現生物制氫技術產業化。目前國內外主要是採用厭氧細菌利用有機廢水發酵制氫技術的研究。但存在著產氣率低，難於滿足生產的要求；產生二次汙染，缺乏配套技術。由於有機廢水資源量有限，並不能承擔起生物制氫的主要原料。
發明內容
本發明的目的在於克服上述有機廢水生物制氫技術中存在的諸多缺陷，而提供一種清潔能源制氫氣的汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法。
本發明的技術方案如下本發明提供的使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，以汽爆植物秸稈為原料，所述汽爆植物秸稈原料為將植物秸稈粗切至20-30mm長，裝入汽爆罐中，在1.5Mpa下，維壓10分鐘，然後瞬間減壓釋放所製得的粉狀汽爆植物秸稈料；其特徵在於，制氫步驟為1)製備半固態發酵用培養基在半固態發酵反應器中，將氣爆植物秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水按比例進行均勻混配，製得半固態發酵用培養基；所述汽爆植物秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水的重量份配比為汽爆植物秸稈原料玉米粉∶牛肉蛋白腖∶水＝20-40∶0.2-0.8∶0.005-0.02∶100，混配後的pH值為6.8-7.5；2)對製得的半固態發酵用培養基進行滅菌處理；3)菌懸液接種將每升液體菌懸液中含有0.5-1克丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135或/和球形紅假單胞菌的液體菌懸液接種於上述半固態發酵反應器中；4)發酵處理製得氫氣在N2保護下，在35℃下發酵培養48-72小時，即製得氫氣。
本發明提供的使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，還包括採用集氣法收集所製得的氫氣。
所述的植物秸稈為麥稈、稻稈、玉米稈或高粱秸稈。
所述接入的菌懸液為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135和球形紅假單胞菌的混合液體菌懸液時，兩者混配的體積比為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135∶球形紅假單胞菌＝1∶1。
本發明提供的使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，因其所使用的原料為汽爆植物秸稈，其資源豐富，價格低廉，有效地解決了有機廢水資源量有限不能承擔生物制氫主要原料的不足，同時還可克服有機廢水生物制氫技術中的產氣率低，對環境造成二次汙染等缺陷。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步描述本發明。
實施例1，使用汽爆玉米秸稈和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌液體菌懸液發酵製備氫氣，步驟如下(1)將玉米秸稈原料粗切至20-30mm長，裝入汽爆罐，於1.5Mpa維壓10分鐘，瞬間減壓釋放製得汽爆玉米秸稈原料；
(2)在半固態發酵反應器中，將上述汽爆玉米秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水按重量份配比為汽爆秸稈原料∶玉米粉∶牛肉蛋白腖∶水＝30∶0.5∶0.01∶100進行混配，混配後的pH值為6.8，再按常規蒸汽滅菌方式進行滅菌處理；(3)用厭氧接種針(或注射器)將每升液體菌懸液中含有1克的丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135(Clostridium acetobutylicum)的液體菌懸液接種於上述半固態發酵反應器內；(4)在N2保護下，35℃下培養48小時；即製得氫氣；(5)用集氣法收集氫氣首先將產生的氫氣通入含有0.1N的NaOH溶液中，吸收CO2，(並且滴加3～4滴酚酞指示劑，當CO2過量時，會使溶液由粉紅色變為無色)，之後，將氫氣通入裝有飽和食鹽水的集氣容器中收集氫氣。
按常規方法對本實施例的半固態發酵渣進行乾燥處理，可直接作為富含菌體蛋白的飼料。
實施例2，使用汽爆麥稈和球形紅假單胞菌液體菌懸液發酵製備氫氣，其步驟如下(1)將汽爆麥稈原料粗切至20-30mm長，裝入汽爆罐，於1.5Mpa維壓10分鐘，瞬間減壓釋放製得汽爆麥稈原料；(2)在半固態發酵反應器中，將上述汽爆麥稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水按重量份配比為汽爆秸稈原料∶玉米粉∶牛肉蛋白腖∶水＝40∶0.2∶0.02∶100進行混配，混配後的pH值為7.0，再按常規蒸汽滅菌方式進行滅菌處理；(3)用厭氧接種針(或注射器)，將每升液體菌懸液含有0.8克的球形紅假單胞菌(Rhopseudomonas sphaeroldes)液體菌懸液接種於在上述半固態發酵反應器內；(4)在N2保護下，35℃下培養60h；即製得氫氣；(5)用集氣法收集氫氣首先將產生的氫氣通入含有0.1N的NaOH溶液中，吸收CO2，(並且滴加3～4滴酚酞指示劑，當CO2過量時，會使溶液由粉紅色變為無色)，之後，將氫氣通入裝有飽和食鹽水的集氣容器中收集氫氣。
按常規方法對本實施例的半固態發酵渣進行乾燥處理，可直接作為富含菌體蛋白的飼料。
實施例3，汽爆高粱秸稈和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌及球形紅假單胞菌混合液體菌懸液發酵製備氫氣，其步驟如下(1)將高粱秸稈原料粗切至20-30mm長，再裝入汽爆罐，於1.5---1.7Mpa維壓8--10分鐘，瞬間減壓釋放即得汽爆高粱秸稈料；(2)在半固態發酵反應器中，將上述汽爆高粱秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水按重量份配比為汽爆高粱秸稈原料∶玉米粉∶牛肉蛋白腖∶水＝20∶0.8∶0.005∶100進行混配，混配後的pH值為7.5，再按常規蒸汽滅菌方式進行滅菌處理；(3)用厭氧接種針(或注射器)將每升液體菌懸液含有0.5克球形紅假單胞菌Rhopseudomonas sphaeroldes)和球形紅假單胞菌 Rhopseudomonassphaeroldes)的混合液體菌懸液(紅假單胞菌液體菌懸液與球形紅假單胞菌液體菌懸液的體積比為1∶1)，接種於在半固態發酵反應器內；(4)在N2保護下，35℃下培養72h；即製得氫氣；(5)用集氣法收集氫氣首先將產生的氫氣通入含有0.1N的NaOH溶液中，吸收CO2，(並且滴加3～4滴酚酞指示劑，當CO2過量時，會使溶液由粉紅色變為無色)，之後，將氫氣通入裝有飽和食鹽水的集氣容器中收集氫氣。
按常規方法對本實施例的半固態發酵渣進行乾燥處理，可直接作為富含菌體蛋白的飼料。
權利要求
1.一種使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，以汽爆植物秸稈為原料，所述汽爆植物秸稈原料為將植物秸稈粗切至20-30mm長，裝入汽爆罐中，在1.5Mpa下，維壓10分鐘，然後瞬間減壓釋放所製得的粉狀汽爆植物秸稈料；其特徵在於，制氫步驟為1)備半固態發酵用培養基在半固態發酵反應器中，將汽爆植物秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水按比例進行均勻混配，製得半固態發酵用培養基；所述汽爆植物秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水的重量份配比為汽爆植物秸稈原料玉米粉∶牛肉蛋白腖∶水＝20-40∶0.2-0.8∶0.005-0.02∶100，混配後的pH值為6.8-7.5；2)對製得的半固態發酵用培養基進行滅菌處理；3)菌懸液接種將每升液體菌懸液中含有0.5-1克丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135或/和球形紅假單胞菌的液體菌懸液接種於上述半固態發酵反應器中；4)發酵處理製得氫氣在N2保護下，在35℃下發酵培養48-72小時，即製得氫氣。
2.按利要求1所述的使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，其特徵在於，還包括採用集氣法收集所製得的氫氣。
3.按權利要求1所述的使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，其特徵在於，所述的植物秸稈為麥稈、稻稈、玉米稈或高粱秸稈。
4.按權利要求1所述的使用汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法，其特徵在於，所述接入的菌懸液為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135和球形紅假單胞菌的混合液體菌懸液時，兩者混配的體積比為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌AS1.135∶球形紅假單胞菌＝1∶1。
全文摘要
本發明涉及的汽爆植物秸稈發酵製備氫氣的方法在半固態發酵反應器中，將汽爆秸稈原料、玉米粉、牛肉蛋白腖和水按比例均勻混配，並依次進行滅菌處理、菌懸液接種及發酵處理，製得氫氣；該方法還包括採用集氣法收集所製得的氫氣；本發明因其所使用的原料為汽爆植物秸稈，其資源豐富，價格低廉，有效地解決了有機廢水資源量有限不能承擔生物制氫主要原料的不足，同時還可克服有機廢水生物制氫技術中的產氣率低，對環境造成二次汙染等缺陷。
文檔編號C12P3/00GK1500879SQ0214868
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月15日 優先權日2002年11月15日
發明者陳洪章, 李佐虎 申請人:中國科學院過程工程研究所