收藏本站
《河南农业大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

太阳能光合生物制氢系统及其光谱耦合特性研究

张军合  
【摘要】:本文是在国家自然科学基金项目“太阳能光合生物制氢体系及其光谱耦合特性研究”(批准号:50476087)的支持下开展的系列研究。 能源短缺、环境污染是人类面临的两大难题,寻找可持续供应的清洁的后续能源已经是全球刻不容缓的一件大事,氢气以其能量密度高、洁净燃烧和可再生而被公认为是矿物燃料的最理想替代能源。目前生产氢气的方法主要有化学制氢法和生物制氢法两大类。尽管化学制氢作为一项成熟的技术已成为工业制氢的一种主要手段,但是化学制氢通常反应条件要求苛刻,消耗常规能源,生产过程对环境造成污染。生物制氢是利用微生物自身的新陈代谢途径而生产氢气的方法,反应条件温和,且制氢原料可采用工农业生产的各种有机废弃物(有机废水、畜禽粪便和城市污水等),在生产氢气的同时又治理了环境。 作为生物制氢的一种,光合生物制氢是在光照条件下利用光合细菌可分解有机质产生氢气,对有机质分解彻底,产氢量高,且产氢过程中也不产生对产氢酶有抑制作用的氧气,是一种最具发展潜力的生物制氢方法。但光转化效率普遍较低和成本太高制约了光合生物制氢技术的应用和发展,本文采用太阳光完全替代能耗较大的人工光源,实现了太阳能光合生物制氢系统在基本不消耗能源的情况下运行,从而有效地减少了光合生物制氢的能源消耗,显著降低了生物制氢成本。本文研究了本实验室筛选出来的高效产氢菌种的光谱耦合特性,进而采用滤光技术,提高了能够被产氢细菌高效吸收的有效光密度,极大地提高了光转化效率,同时也对以畜禽粪便为原料的光合制氢工艺条件进行了研究。 主要研究成果有以下几个方面: 1.成功研制出一套带有自动跟踪太阳且可调滤光的太阳光高效聚焦传输系统,并完成了该系统的光传输性能优化研究。采用菲涅耳透镜聚光方式,使太阳光高效聚集,在焦点前放置可更换的带通滤光片,在焦点处放置端光纤,使进入到光导纤维的能够被光合细菌高效吸收的光的密度大大增加。同时,该系统采用光导纤维将太阳光输送到罐状反应器的内部,改善了深层区域的光照度。为了提高对太阳的利用率,根据太阳的运行规律,采用光电控制技术,使信号探测器固定在集能平面上与其一起转动,当接收到太阳光线发生偏转信号后,传给电子自动控制电路,通过模数转换对信号进行分析,给出指令,使驱动电机通过减速机构转动集能平面,精确对准太阳,从而实现了对太阳方位角和高度角的全方位二维自动跟踪,大大提高了太阳能利用率。 2.研制了具有较高效率的光合生物制氢实验系统,其中在设计具有较高表面积和体积比的新型环流罐式光反应器时,以反应液的循环流动进行搅拌,取代了传统反应器内部的浆叶搅拌,增加了反应器的有效容积。并采用外置的热交换系统,在循环的同时完成了反应温度的控制,取代了传统的夹层结构,降低了成本。并深入系统地研究了制氢系统中光的传输过程,对菲涅耳透镜的聚光过程和光导纤维的传光过程进行了理论分析,对光在反应器中的衰减特性,进行了入射光强、反应液浓度和深度对光衰减的影响实验研究,发现入射光的强度
【学位授予单位】:河南农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TQ116.2

免费申请
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张尤华;生物质一体化制氢研究[D];华东理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李德峰;光合生物连续制氢装置的太阳能供光系统实验研究[D];河南农业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张耀明;采集太阳光的照明系统研究[J];中国工程科学;2002年09期
2 张明,黄良甫,罗崇泰,安栋梁,孙燕杰,王多书,郭俊涛;空间用平板形菲涅耳透镜的设计和光学效率研究[J];光电工程;2001年05期
3 王长海,温少红,欧阳藩;紫球藻培养条件优化[J];化工冶金;1999年03期
4 尤希凤,郭新勇;生物制氢技术的研究现状及发展趋势[J];河南化工;2003年10期
5 王长海,鞠宝,董言梓,郭尽力;光生物反应器及其研究进展[J];海洋通报;1998年06期
6 温少红,王长海,鞠宝,徐春野,郑丽,郭尽力;紫球藻培养液光衰减规律的研究[J];海洋通报;2001年02期
7 史立山;中国能源现状分析和可再生能源发展规划[J];可再生能源;2004年05期
8 张军合;张全国;尤希凤;刘振波;;环流型光生物反应器光合产氢运行条件的研究[J];农业环境科学学报;2005年06期
9 张全国,尤希凤,雷廷宙,王艳锦,杨群发;太阳能光合生物制氢光转化效率的影响因素研究[J];河南农业大学学报;2004年01期
10 尤希凤,周静懿,张全国,王艳锦;红假单胞菌利用畜禽粪便产氢能力的试验研究[J];河南农业大学学报;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张尤华;生物质一体化制氢研究[D];华东理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 姚燕;利用畜禽粪便为原料生产优质厌氧发酵液工艺条件的研究[D];河南农业大学;2003年
2 王艳锦;畜禽粪便污水光合细菌制氢技术研究[D];河南农业大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯巍;李慧敏;赵景伟;;太阳能光导采光技术在地下建筑中的应用[J];四川建筑科学研究;2011年02期
2 王远远;刘荣厚;;沼液综合利用研究进展[J];安徽农业科学;2007年04期
3 王颖伟;;农业资源现状及农村能源建设对策[J];现代农业科技;2011年23期
4 周雪花;申翔伟;李刚;荆艳艳;张全国;;太阳能光合生物连续制氢系统的能量平衡研究[J];安全与环境学报;2009年06期
5 冯秀;丁勇;;可持续发展下中国的能源、环境与经济[J];北方经济;2006年04期
6 王亚俐,王海芳;光谱法研究苯甲酸钠与牛血清白蛋白的作用[J];北京大学学报(自然科学版);2002年02期
7 薛晓迪;郑宏飞;马燕燕;胡振华;;一种新型光纤导光照明系统的性能研究[J];北京理工大学学报;2010年11期
8 徐剑琦;张彩虹;张大红;;木质生物质能源树种生物量数量分析[J];北京林业大学学报;2006年06期
9 赵天涛;张丽杰;张芸如;全学军;赵由才;;人为源甲烷生物抑制机理与研究进展[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年03期
10 孙建明,吴垠,桂远明,刘毅,张丽莉;海洋微藻全封闭、连续式培养初步试验[J];水产科学;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 汪洪波;明海;张静明;;基于受抑全内反射原理的视读屏技术研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 张全国;李刚;荆艳艳;;生物制氢技术现状及其研究进展[A];第十届中国科协年会论文集(三)[C];2008年
3 张全国;范振山;杨群发;陈开碇;;可控集箱式沼气系统研究[A];沼气产业化发展研讨会论文选编[C];2005年
4 金锡钢;杨丽;;某天线阵面的精密装配技术[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年
5 李金生;罗清威;樊占国;;浅谈城市生活垃圾资源化和无害化处理技术[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
6 张世强;;海洋初级生产力现场测量技术研究[A];中国科协2004年学术年会14分会场海洋开发与可持续发展论文汇编[C];2004年
7 郑今欢;周岚;邵建中;;蚕丝丝素中色氨酸含量及其在丝素纤维中的径向分布研究[A];第十届陈维稷优秀论文奖论文汇编[C];2007年
8 张全国;徐广印;杨群发;范振山;;发酵工艺参数对沼液中全磷含量的影响[A];现代农业工程与自然资源高效利用——中国科协2005年学术年会(第10分会场)论文集[C];2005年
9 张全国;尤希凤;周汝雁;张军合;;国内外生物制氢技术研究进展[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第四分册[C];2005年
10 岳建芝;李刚;焦有宙;张全国;张志萍;;光照度对酶解秸秆料液光合产氢的影响[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 颜日明;聚球藻7942光自养本征生长动力学及其能量利用研究[D];华东理工大学;2011年
2 焦安英;甘蔗压榨汁制氢系统的工程控制对策及其微生物群落研究[D];东北林业大学;2011年
3 岳莉然;以赤糖为基质的生物制氢生态系统与工艺[D];东北林业大学;2011年
4 郑国臣;CSTR和ABR处理有机废水产氢产甲烷特征与效能[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 谢学旺;光合细菌产氢过程中能质传输及超声强化特性研究[D];重庆大学;2011年
6 罗湘蓉;基于绿色交通构建低碳枢纽[D];天津大学;2011年
7 屈晓凡;微小空间内光合细菌产氢行为及鼓泡强化产氢实验研究[D];重庆大学;2011年
8 岳建芝;超微化秸秆粉体物性微观结构及光合生物产氢实验研究[D];河南农业大学;2011年
9 李全顺;几种螺旋藻放氢的实验研究[D];东北大学;2009年
10 张尤华;生物质一体化制氢研究[D];华东理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王路易;沼气在无公害蔬菜中的应用研究[D];华中农业大学;2010年
2 谷小虎;义马煤气化反应性研究[D];河南理工大学;2010年
3 吕文兵;杜氏盐藻异养转化藻株的鉴定及初步功能分析[D];郑州大学;2010年
4 谢爽;利用污水污泥和高浓度二氧化碳培养海洋微藻技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 孔维利;能源微藻异养生物反应器冷模实验研究及自养—跑道池CFD模拟[D];华东理工大学;2011年
6 唐雅琴;红假单胞菌产氢的应用基础研究[D];昆明理工大学;2009年
7 李延川;一株海洋光合细菌QD-10的分离鉴定[D];昆明理工大学;2009年
8 李芷昕;平板太阳能集热器抗冻方法研究[D];昆明理工大学;2009年
9 于蕾;污水源热泵的设计及应用[D];山东大学;2010年
10 朱海林;太阳能烟囱发电系统集热器的传热与流动过程的研究[D];东华大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周桂林,蒋毅,邱发礼;用于富氢气体中一氧化碳选择性氧化的新型Co-Ni/AC催化剂(英文)[J];催化学报;2005年02期
2 魏玺群,陈健;变压吸附气体分离技术的应用和发展[J];低温与特气;2002年03期
3 朱锡锋;郑冀鲁;陆强;郭庆祥;朱清时;;生物质热解液化装置研制与试验研究[J];中国工程科学;2006年10期
4 许洁;颜涌捷;李文志;王君;陈明强;;生物质裂解机理和模型(Ⅰ)——生物质裂解机理和工艺模式[J];化学与生物工程;2007年12期
5 杨士春,刘荣厚;流化床生物质快速裂解制液体燃料[J];河北建筑工程学院学报;2005年02期
6 古共伟,陈健,魏玺群;吸附分离技术在现代工业中的应用[J];合成化学;1999年04期
7 朱建良,何世颖;活性污泥降解有机物制氢技术[J];化工时刊;2003年04期
8 穆亚玲;王香爱;;氢能源研究现状[J];化工时刊;2008年10期
9 杨秀峰;颜涌捷;任铮伟;李庭琛;;生物质流化床快速裂解模型[J];化工学报;2006年09期
10 安立超,高瑾,张胜田,夏明芳,高蓉菁;红色非硫光合细菌的生长特性研究[J];环境污染治理技术与设备;2004年12期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 尤希凤;光合产氢菌群的筛选及其利用猪粪污水产氢因素的研究[D];河南农业大学;2005年
2 周汝雁;环流罐式光合生物制氢反应器及其能量传输过程研究[D];河南农业大学;2007年
3 王素兰;光合产氢菌群生长动力学与系统温度场特性研究[D];河南农业大学;2007年
4 李刚;太阳能光合细菌连续制氢试验系统研究[D];河南农业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王毅;光合细菌产氢基质代谢实验研究[D];河南农业大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 余维高;生物质与石油焦共气化特性研究[D];浙江大学;2013年
2 马忠;生物质高效转化制氢研究[D];华东理工大学;2014年
3 朱传浩;生物质(玉米芯)微波热解制氢的研究[D];安徽理工大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孟庆国,张铁垣;厌氧消化残留液中游离氨基酸含量的测定[J];氨基酸和生物资源;1996年03期
2 梁国仑,陈信悦;氢气市场及其应用[J];低温与特气;2000年04期
3 郭庆文, 吉海平;紫色非硫光合细菌的研究[J];饲料工业;1994年03期
4 孙世荣,张明荣;厌氧发酵液中硫化物的快速分光光度法测定[J];分析化学;1995年02期
5 王跃贵;水稻、玉米应用沼液的效应效果[J];耕作与栽培;2001年02期
6 贺瑞征;沼气肥的性质及施用效果[J];湖北农业科学;1983年08期
7 王艳辉,吴迪镛,迟建;氢能及制氢的应用技术现状及发展趋势[J];化工进展;2001年01期
8 杨艳,卢滇楠,李春,曹竹安;面向21世纪的生物能源[J];化工进展;2002年05期
9 王长海,温少红,欧阳藩;紫球藻培养条件优化[J];化工冶金;1999年03期
10 尤希凤,郭新勇;生物制氢技术的研究现状及发展趋势[J];河南化工;2003年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李正华;厌氧发酵液的抗病防虫机理及其应用技术研究[D];河南农业大学;2002年
2 姚燕;利用畜禽粪便为原料生产优质厌氧发酵液工艺条件的研究[D];河南农业大学;2003年
3 王艳锦;畜禽粪便污水光合细菌制氢技术研究[D];河南农业大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任南琪,李永峰,郑国香,林海龙,张蕊;生物制氢:Ⅰ.理论研究进展[J];地球科学进展;2004年S1期
2 ;我国首次完成生物制氢中试研究[J];发明与革新;2000年04期
3 魏琪,孙启玲,张兴宇;关于生物制氢[J];微生物学杂志;2002年06期
4 李永峰,任南琪,丁杰,林海龙,郑国香,崔有贵;生物制氢:Ⅱ.工程应用问题[J];地球科学进展;2004年S1期
5 任保增,唐大惠,李扬,胡庆丽,樊耀亭;厌氧发酵生物制氢试验研究[J];郑州大学学报(工学版);2004年04期
6 李永峰,郑国香,扎德萨·马迪,张文启,李建政,胡立杰;发酵法生物制氢工程(英文)[J];哈尔滨商业大学学报(自然科学版);2005年02期
7 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年01期
8 卢文玉;刘铭辉;陈宇;闻建平;;厌氧发酵法生物制氢的研究现状和发展前景[J];中国生物工程杂志;2006年07期
9 刘颖;王爱杰;邓娴;刘冰峰;丁杰;;联合生物制氢方法及发展趋势[J];生物加工过程;2007年03期
10 张召;宋欣;;厌氧发酵法生物制氢研究进展[J];农机化研究;2007年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈大明;张洁;徐萍;江洪波;夏芸;于建荣;;生物制氢研发态势分析[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
2 任南琪;;我国发酵法生物制氢研究现状与发展趋势[A];2008中国生物质能源技术路线标准体系建设论坛论文集[C];2008年
3 王兴祖;任南琪;李永峰;魏利;张妮;;有机废水生物制氢的连续流发酵工艺[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
4 任保增;唐大惠;樊耀亭;;厌氧发酵生物制氢放大试验研究[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年
5 任南琪;;有机废水发酵法生物制氢中试研究与开发[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
6 马红翠;陈景润;樊耀亭;;水解预处理对秸秆类生物质发酵生物制氢的影响[A];中国化学会2008年中西部地区无机化学、化工学术交流会会议论文集[C];2008年
7 陈红;李永峰;徐菁利;邓婕璇;郜爽;;高效产氢菌种Biohydrogenbacterium R3 sp.nov.连续流厌氧发酵生物制氢的研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
8 宫曼丽;任南琪;邢德峰;李建政;;生物制氢反应系统初始容积负荷对乙醇型发酵形成的影响[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
9 田坚;赵新乐;宋博;翁占坤;金丽虹;肖作江;陈光;;群策群力 确保实现全面小康 未雨绸缪 积极研发新型能源[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
10 方新湘;罗来龙;许平;陈永立;李福利;海丽;冯进辉;;克拉玛依柴油微生物脱硫技术研究[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 记者王喜霖;“生物制氢”工程在哈奠基[N];科技日报;2002年
2 记者 张丽辉 郭伟 通讯员 傅春秘 王东琦;光合生物制氢有望实现产业化[N];河北日报;2007年
3 商艳凯 记者 赵宇清;哈工大生物制氢突破温度限制[N];黑龙江日报;2011年
4 赵岩;哈工大“生物制氢”工程进入产业化[N];中国信息报;2002年
5 邢新会;林章凛;曹竹安;应用前景广阔 瓶颈亟待突破[N];中国化工报;2002年
6 闫佳;智者乐水 护卫生命之源[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 张军合;太阳能光合生物制氢系统及其光谱耦合特性研究[D];河南农业大学;2006年
2 岳莉然;以赤糖为基质的生物制氢生态系统与工艺[D];东北林业大学;2011年
3 刘晓烨;新型复合式厌氧折流板生物制氢反应器的启动与运行[D];东北林业大学;2014年
4 宗文明;暗—光耦联两步法生物制氢及相关技术的研究[D];安徽农业大学;2009年
5 陈红;B.R3菌株生物制氢系统发酵条件与化学增强技术研究[D];东北林业大学;2013年
6 赵亚;CO厌氧发酵制氢工艺基础及反应器性能研究[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王铁滨;生物制氢—水处理生产示范工程自动化系统的研究[D];东北林业大学;2007年
2 刘大猛;含生化反应的固定化细胞光生物制氢反应器内的多相传输模型[D];重庆大学;2010年
3 陈蕾;金属离子对光合生物制氢的影响研究[D];河南农业大学;2012年
4 胡庆丽;玉米秸秆厌氧发酵生物制氢放大实验研究[D];郑州大学;2007年
5 王占青;生物制氢系统的负荷冲击与活性污泥强化恢复作用[D];东北林业大学;2012年
6 马晶伟;糖类废弃物厌氧发酵生物制氢试验研究[D];湖南大学;2007年
7 曹逸坤;生物制氢系统固定化载体的选择与应用研究[D];东北林业大学;2013年
8 章佩丽;再生植物纤维厌氧发酵生物制氢试验研究[D];华南理工大学;2011年
9 支泽仑;白腐菌预处理麦秆生物制氢的实验研究[D];西北大学;2013年
10 邓洁璇;以水果加工废弃物为底物纯培养发酵生物制氢研究[D];东北林业大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026