论文总字数：14415字

摘 要

氢能是重要的清洁能源，有利于缓解能源危机，利用生物制氢是目前的研究热点，而梭菌制氢是生物制氢的重要组成，Clostridium beijerinckii 能在发酵生产丁醇的同时会副产出氢气。本研究中，通过改变发酵过程中的pH和硫酸亚铁浓度，研究丁醇生产菌株C. beijerinckii IB4的产氢气规律。

实验表明：在不同pH条件下氢气的产量和生产速率均有不同，在调节pH5.2 时，产氢气量最高，达到5.598（L/L），产氢速率0.144L/（L/h），比不调节pH 时的氢气产量和生产速率分别提高13.16%与4.86% 。研究发现，不同的pH 条件下丁醇的产量和生产速度也存在差异，pH5.2 时的发酵前期丁醇生产速率与不调控pH 时相当，但发酵后期略慢，但pH5.2 时的丁醇产量为12.056 g/L ，比不调控pH 产量提高11.69% ，故确定发酵过程中调控pH至5.2。在发酵过程中硫酸亚铁浓度对氢气的产量和生产速度同样存在影响。硫酸亚铁为0.01 g/L 时，氢气产量比0.1 g/L 时高0.065（L/L medium），但硫酸亚铁为0.1 g/L 时产氢气速率比0.01 g/L时提高15.3%。在丁醇产生菌株的发酵过程中不同硫酸亚铁浓度对丁醇的产量无明显影响，但0.1 g/L时的丁醇生产速率最高，比0.01 g/L时提高21%。可见在pH5.2与硫酸亚铁浓度为0.1 g/L 时生产丁醇与氢气效果较好。由此可见，在兼顾丁醇生产性能的前提下，通过调控发酵过程的pH 和硫酸亚铁浓度可以提高副产氢气生产效率。

关键词：产氢 拜氏梭菌 调控 丁醇

The Gas properties of Butanol-producing strains

ABSTRACT

Hydrogen energy  is an important environmental friendly energy, which could 

contribute to release energy crisis. The biohydrogen is the topic, especially, Clostridium plays an important  role in bio-hydrogen, Clostridium beijerinckii  produce

hydrogen in the solvent production. In this work, the effects of pH and sulfrate iron on hydrogen production characteristics of C. beijerinckii IB4 was investigated.

The results showed the yield and productivity of hydrogen was affected by pH, the highest hydrogen yield was 5.598 L/L at pH5.2, the productivity achieved 0.144 L/L/h, which increased 13.16% and 4.86% compared with the process without pH controlling. Butanol production was also affected by pH. At initial stage, butanol productivity was similar to the process without pH controlling, and decreased at later stage, but butanol accumulated 12.056 g/L, increased 11.69%, so pH was controlled at 5.2 in fermentation process. The sulfrate iron also affected the hydrogen production, when sulfrate iron was 0.01g/L, the yield of hydrogen only increased 0.065 L/L compared with sulfrate iron was 0.1g/L, but the productivity increased 15.3% when sulfrate iron was 0.1g/L. Although the butanol yield was not affected by sulfrate iron, but butanol productivity increased 21% when sulfrate iron was 0.1g/L. So the fermentation was controlled at pH5.2 and sulfrate iron was 0.1g/L, hydrogen production were enhanced and butanol production was not weakened.

Key words: Hydrogen production；Clostridium Beijerinckii； Regulation；Butanol

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 氢能及应用价值 1

1.2 生物制氢概述 1

1.3 梭菌产氢的研究 2

1.4 本课题的研究目的 4

1.5 研究内容 4

第二章 实验材料与方法 5

2.1 材料 5

2.1.1 菌株 5

2.1.2 实验试剂 5

2.1.3 仪器 6

2.2 培养基 6

2.3 培养方法 7

2.4 分析方法 7

2.4.1 糖浓度的测定 7

2.4.2 菌体密度的测定 7

2.4.3 乙酸、丁酸和总溶剂的测定 8

2.4.4菌株产气的检测 8

第三章 结果与讨论 9

3.1 pH 对菌体生长的影响 9

3.2 pH 对耗糖量的影响 10

3.3 不同pH 对丁醇产量的影响 10

3.4 不同pH 对产氢的影响 11

3.5 不同硫酸亚铁浓度对菌体生长的影响 12

3.6 不同硫酸亚铁浓度对耗糖的影响 13

3.7 不同硫酸亚铁浓度对丁醇产量的影响 13

3.8 不同硫酸亚铁浓度对产氢量的影响（pH5.2） 14

第四章 结论和展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 文献综述

1.1 氢能及应用价值

氢能是重要的清洁能源，有利于缓解能源危机，利用生物制氢有利于降低制氢成本，而梭菌制氢是生物制氢的重要组成。产丁醇梭菌在代谢过程会同时产生丁醇及氢气，而两者都可作为生物燃料，缓解能源危机。通过研究梭菌产氢的工艺条件及产醇调控时产氢变化，将氢气回收有利于进一步提高生物丁醇的经济竞争力^[1]。

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