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扁藻高密度产氢过程特征的研究

杜海  
【摘要】: 亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)是一种新发现的生物制氢海水绿藻。与目前研究较多的淡水莱茵衣藻相比,存在持续产氢时间短,产氢量小的缺点。本文即以亚心形扁藻为材料,对扁藻产氢过程中的关键工艺条件进行了优化,重点考察了扁藻产氢过程中的限制性因素,以延长扁藻产氢时间,提高扁藻产氢效率。 本文首先研究细胞密度对扁藻产氢的影响。发现提高藻密度,扁藻产氢速率提高,产氢时间延长,且单位细胞产氢量不下降。扁藻产氢最佳藻密度为6-8×10~6 cells/ml。高密度扁藻重复利用产氢5次,产氢效率略有下降。在高密度扁藻产氢的基础上,本文进一步考察反应体系中氢分压对扁藻产氢的影响,发现扁藻产氢过程存在氢抑制,使产氢速率逐渐降低。采用惰性气体稀释法降低反应体系内氢气浓度,使扁藻产氢时间延长,产氢量提高。采用碱性燃料电池持续耗氢系统来维持体系内较低氢分压,研究扁藻在CCCP胁迫调控下产氢过程的特征。燃料电池持续耗氢下,扁藻可连续产氢120小时,总氢气产量达到54.4ml,是未用燃料电池持续耗氢系统最好水平的2.2倍。对整个过程进行精密的分析,确定了氢分压对扁藻产氢的影响,发现了产氢过程与光系统II及体外氢酶活性变化的对应关系。 本文初步提出扁藻产氢过程的能量利用效率计算方法。发现藻密度提高,扁藻产氢过程的能量利用效率也提高;采用燃料电池持续耗氢系统降低体系氢分压,扁藻产氢过程的能量利用效率进一步提高,持续产氢24小时的能量利用效率可达3.4%。 本文对扁藻培养和产氢过程的光质影响进行了初步的研究。


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