一种利用纤维素生产氢气的方法

摘要

一种利用纤维素生产氢气的方法，它涉及一种生产氢气的方法。本发明要解决现有纤维素产氢方法成本高的问题。本发明的操作步骤如下：一、培养，二、分离，三、配置纤维素溶液，四、制备纤维素糖化液，五、产氢。本发明优点：一、本发明没有采用商品酶，使产氢的成本降低了60％；二、本发明使用的绿色木霉所产生的纤维素酶对自然界中的不同种类的纤维素都有降解能力，扩大了纤维素原料的利用范围；三、本发明采用纤维素糖化液的产氢量比直接采用纤维素溶液的产氢量提高45倍，提高了产氢效能。本发明主要用于生产氢气。

主权项

一种利用纤维素生产氢气的方法，其特征在于利用纤维素生产氢气的方法是按以下步骤完成的：一、培养：将绿色木霉的孢子接种于液体产酶培养基中，在25～35℃、120～180r/min的有氧条件下悬浮培养3～6天；二、分离：将步骤一培养3～6天液体产酶培养基在3～10℃，5000～10000r/min离心8～15min，分离得到上清液I即为粗酶液；三、配置纤维素溶液：将纤维素原料粉碎至粒度为10～30mm，并采用热碱方法处理两个小时，然后加入到物质的量浓度为0.05mol/L的柠檬酸‑柠檬酸钠缓冲溶液中，配置成质量‑体积浓度为20～50g/L的纤维素溶液；四、制备纤维素糖化液：在30～70℃、pH3～7的条件下，将步骤二分离得到的粗酶液加入步骤三制备的纤维素溶液中，在搅拌速度为120～180r/min放置2～6天，即得到纤维素糖化液；五、产氢：10000～15000r/min的条件下将步骤四制备的纤维素糖化液离心10～30min，分离得到的上清液II，然后加入营养盐溶液，将营养盐溶液和分离得到的上清液II充分混匀后即为产氢菌液体发酵培养基，向产氢菌液体发酵培养基中通入纯度为99.99%的氮气，使产氢菌液体发酵培养基处于厌氧状态，然后加入产氢菌的种子液，在60℃下进行厌氧发酵产氢12～36h；步骤一中所述绿色木霉的孢子接种量为1×1012个/L～1×1016个/L；步骤一中所述液体产酶培养基由KH2PO4、(NH4)2SO4、MgSO4·7H2O、CaCl2、有机碳源、有机氮源和微量金属元素贮液I组成，其中KH2PO4的质量‑体积浓度为1.0～3.0g/L，(NH4)2SO4的质量‑体积浓度为0.5～2.0g/L，MgSO4·7H2O的质量‑体积浓度为0.1～1.0g/L，CaCl2的质量‑体积浓度为0.1～1.0g/L，有机碳源的质量‑体积浓度为20～40g/L，有机氮源的质量‑体积浓度为3～10g/L，微量金属元素贮液I占液体产酶培养基总体积的千分之一；步骤四中所述加入步骤二分离得到的粗酶液与步骤三制备的纤维素溶液的体积比为(1～10):10；步骤五中所述加入的营养盐溶液与上清液II的体积比为1:(1～3)；步骤五中所述加入产氢菌的种子液与产氢菌液体发酵培养基体积比为(0.5～2.5):25；步骤一中所述的绿色木霉是真菌Trichodermaviride，编号：3.2876，分离号：糖研37；步骤一中所述液体产酶培养基中的微量金属元素贮液I是由FeSO4·7H2O、MgSO4、ZnSO4·7H2O和CoCl2组成，其中FeSO4·7H2O的质量‑体积浓度为3～7g/L，MgSO4的质量‑体积浓度为0.5～3.0g/L，ZnSO4·7H2O的质量‑体积浓度为1.0～2.0g/L，CoCl2的质量‑体积浓度为1.0～3.0g/L；步骤三中所述的热碱方法是在100℃条件下采用质量分数为2%的氢氧化钠溶液处理粒度为10～30mm的纤维素原料，其中所述的粒度为10～30mm的纤维素原料与质量分数为2%的氢氧化钠溶液的固液比为1:10；步骤五中所述的产氢菌为热解糖厌氧芽孢杆菌W16（Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16），Thermoanaerobacterium  thermosaccharolyticum W16在2008年第33期第6124–6132页的《International Journal of Hydrogen Energy》中刊登的名称为“Dark fermentation of xylose and glucose mix using isolated Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16”的文章中公开；步骤五中所述营养盐溶液由氯化铵、氯化钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、半胱氨酸、MgCl2·6H2O、氯化钾、酵母粉、蛋白胨、微量金属元素贮液II、维生素贮液和0.1‰(w/v)的刃天青制备而成；其中所述的微量金属元素贮液II由氯化亚铁、氯化锌、硼酸、MnCl2·4H2O、CuCl2·2H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、Na2MO4·H2O、钨酸钠和Na2SeO4·5H2O制备而成，微量金属元素贮液II中氯化亚铁的质量‑体积浓度为1.5g/L，氯化锌的质量‑体积浓度为70mg/L，硼酸的质量‑体积浓度为6mg/L，MnCl2·4H2O的质量‑体积浓度为0.1g/L，CuCl2·2H2O的质量‑体积浓度为2mg/L，CoCl2·6H2O的质量‑体积浓度为0.19g/L，NiCl2·6H2O的质量‑体积浓度为24mg/L，Na2MO4·H2O的质量‑体积浓度为36mg/L，钨酸钠的质量‑体积浓度为15mg/L，Na2SeO4·5H2O的质量‑体积浓度为15mg/L；其中所述的维生素贮液由硫辛酸、生物素、烟酸、盐酸硫胺素、对氨基苯甲酸、叶酸、泛酸钙、维生素B12和盐酸吡哆醇制备而成，维生素贮液中硫辛酸的质量‑体积浓度为50.0mg/L，生物素的质量‑体积浓度为20.0mg/L，0.35g/L的烟酸，盐酸硫胺素的质量‑体积浓度5.0mg/L为，对氨基苯甲酸的质量‑体积浓度为50.0mg/L，叶酸的质量‑体积浓度为20.0mg/L，泛酸钙的质量‑体积浓度为50.0mg/L，维生素B12的质量‑体积浓度为1.0mg/L，盐酸吡哆醇的质量‑体积浓度为100.0mg/L；步骤五中制备的产氢菌液体发酵培养基中氯化铵的质量‑体积浓度为1.0g/L、氯化钠的质量‑体积浓度为1.0g/L、磷酸氢二钾的质量‑体积浓度为3g/L、磷酸二氢钾的质量‑体积浓度为1.5g/L、半胱氨酸的质量‑体积浓度为0.5g/L、MgCl2·6H2O的质量‑体积浓度为0.5g/L、氯化钾的质量‑体积浓度为0.2g/L、酵母粉的质量‑体积浓度为2g/L、蛋白胨的质量‑体积浓度为2g/L、微量金属元素贮液II占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一、维生素贮液占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一、0.1‰(w/v)的刃天青占产氢菌液体发酵培养基总体积的千分之一；步骤五中所述的产氢菌的种子液是产氢菌培养至对数期的液体悬浊液。