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摘 要

生物制氢技术是一种将日常生活中的有机物质经过特殊产氢菌株的发酵转化生成氢气或是借助一些微生物的作用制造氢气的一种生物工程上的技术。生物制氢的方法有光发酵、暗发酵、光解水等制氢方法，不同于一般的制氢手法，生物制氢具有环保、清洁、原料广泛等诸多优势，是将氢能源产业化、普及化的一项重要手段。

本文以由实验室筛选得到，实验室命名为NJYH2615的菌株为对象，通过在原始培养条件及发酵培养基基础上进行单因素优化，来对生物法制氢所需要的菌种培养工艺进行深入的优化研究。研究出NJYH2615的最佳培养基配方为：玉米淀15g/L，葡萄糖15 g/L，玉米浆10 g/L，NaC l0.5 g/L，K₂HPO₄•3H₂O 0.5 g/L，CaCO₃ 2 g/L，pH 7.5。

关键词：生物制氢 生物工程 清洁能源 生物发酵

Study on the optimization of culture technology of hydrogen producing bacteria by biological method

Abstract

Biological hydrogen production technology is a kind of bioengineering technology, which can produce hydrogen by fermenting and transforming the organic substances in daily life through a special hydrogen producing strain or by the function of some microorganisms. Different from the general hydrogen production methods, biological hydrogen production has many advantages, such as environmental protection, cleaning, wide range of raw materials and so on. It is an important means to industrialize and popularize hydrogen energy.

In this paper, the strain NJYH2615, which was selected by the laboratory and named by the laboratory, was selected as the object. Based on the original culture conditions and the fermentation medium, the single factor optimization was carried out to further optimize the culture process of the strain needed for the biological hydrogen production. The optimum medium formulation of NJYH2615 was: corn starch 15 g/L, glucose 15 g/L, corn syrup 10 g/L, NaC l0.5 g/L，K2HPO4•3H2O 0.5 g/L，CaCO3 2 g/L，pH7.5.

Key words: bio hydrogen production；bio engineering； clean energy ；bio fermentation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 文献综述 1

1.1 生物法制氢 1

1.1.1 生物法制氢的定义和分类 1

1.1.2 生物法制氢的研究现状和展望 2

1.1.3 生物法制氢存在的问题和建议 4

1.2 菌种发酵培养工艺优化 5

1.2.1 培养基对发酵的影响 5

1.2.2 培养条件对发酵的影响 5

1.2.3 发酵工艺优化方法 6

1.3 生物法制氢的应用前景 6

1.3.1 处理固体废弃物 6

1.3.2 利用有机废水制氢 6

1.4 本课题的主要研究内容 7

第二章 实验材料与方法 8

2.1 实验材料 8

2.1.1 菌种 8

2.1.2 培养基 8

2.1.3 主要试剂 9

2.1.4 主要仪器 11

2.2 实验方法 11

2.2.1 种子液的制备 11

2.2.2 发酵培养 12

2.2.3 菌体干重测定 12

2.2.4 培养基的单因素实验 12

2.2.5 生长曲线的绘制 12

2.2.6 发酵条件的优化 13

第三章 实验结果与分析 14

3.1 培养基成分对发酵的影响 14

3.1.1 碳源对菌株NJYH2615发酵的影响 14

3.1.2 氮源对菌株NJYH2615发酵的影响 15

3.2 菌株生长曲线及种龄的选择 15

3.3 培养条件对发酵的影响 16

3.3.1 初始pH值对菌株NJYH2615发酵的影响 16

3.3.2 接种量对菌株NJYH2615发酵的影响 17

3.3.3 装液量对菌株NJYH2615发酵的影响 18

第四章 结论 20

参考文献 21

致 谢 23

文献综述

目前，环境破坏与能源匮乏成为两大世界性难题。随着经济的发展，化石燃料得到普遍使用，随之而造成的环境污染也愈发不可收拾。气候变暖、冰川消失、土地荒漠化和能源过度开采等，已成为新世纪世界面临的重大问题。因此，有必要对绿色新能源进行进一步开发。氢气作为一种新兴燃料，具有热值高、不污染环境、转化率高、可再生等优势，是最有潜力的新能源之一。传统的化学制氢方法使用电解水或热解石油、天然气，需要投入大量的人力物力财力，有着高额的生产成本，所以生物制氢越来越受到重视^[1]。

1.1生物法制氢

生物法制氢的定义和分类

生物制氢是把自然界中存在于植物中的碳水化合物、蛋白质等有机化合物中的能量经过高效产氢细菌的作用，使之成为氢气，是运用一些微生物的代谢来生产氢气的一种生物工程技术^[2]。正是因为所用原料来自有机废水，城市垃圾或其他生物材料，原料丰富，取材便宜。它的生产过程相较于传统能源具有环保、价格低廉、不使用矿物资源的优势，愈发受到人们的重视。和传统的物理化学方法不同，生物制氢具有节能、可再生和不使用矿物资源等众多优点，在氢气生产过程中和其他技术研究开发中占据举足轻重的地位。以美国、中国为代表的许多地区都对生物制氢技术进行深入研究，期望于早日实现该技术的商业化，领先国际市场^[3]。在人类进行氢规模化生产的进程中，生物制氢至关重要^[4]。

由于产氢原理的不一、底物材料的不同、产氢菌株种类的不同，生物制氢被分为三种不同种类^[5]。

1. 绿藻和蓝细菌混合产氢

在充足的光照与适宜的厌氧环境中，绿藻和蓝细菌会发生分解从而产生氢气，所以又有光解水制氢的叫法。

1. 通过光合细菌制备氢气

同样是在足量光照与厌氧环境中，光合细菌会将水中的有机物质转化为氢气，又称为光发酵制氢。

1. 通过厌氧发酵制备氢气

不同于以上两种制氢方法，厌氧发酵除了要符合厌氧环境，还要在完全没有光照、可见度几乎为零的环境中，这样厌氧细菌才会将有机物转化为氢气。故又叫做黑暗发酵制氢^[6]。

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