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扁藻高密度产氢过程特征的研究

作　者: 杜海
导　师: 张卫；虞星炬
学　校: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）
专　业: 生物化工
关键词: 亚心形扁藻高密度氢抑制碱性燃料电池能量利用效率
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第一章文献综述  10-33
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 生物制氢体系  10-12
    1.1.2 生物制氢评价、展望  12-13
  1.2 绿藻制氢研究概况  13-21
    1.2.1 绿藻制氢简介  13
    1.2.2 绿藻制氢基本原理  13-15
    1.2.3 绿藻的氢酶  15-16
    1.2.4 绿藻产氢的调控  16-21
  1.3 光能转化效率  21-24
  1.4 亚心形扁藻产氢的研究进展  24-25
    1.4.1 亚心形扁藻光解水制氢简介  24-25
  1.5 本课题研究目的及论文工作设想  25-26
  参考文献  26-33
第二章扁藻光照产氢工艺条件的优化  33-52
  2.1 引言  33
  2.2 材料与方法  33-39
    2.2.1 实验藻种  33
    2.2.2 试剂与仪器  33-34
    2.2.3 实验方法  34-39
  2.3 结果与讨论  39-50
    2.3.1 不同生长阶段扁藻产氢能力的考察  39-40
    2.3.2 藻细胞密度对扁藻产氢的影响  40-44
    2.3.3 不同藻密度扁藻产氢能力的统计分析  44-45
    2.3.4 高密度扁藻产氢后重培养再产氢  45-46
    2.3.5 高密度扁藻连续产氢72 小时实验  46-50
  2.4 小结  50
  参考文献  50-52
第三章高密度扁藻产氢过程的研究  52-67
  3.1 引言  52
  3.2 材料与方法  52-56
    3.2.1 试剂与仪器  52-53
    3.2.2 实验方法  53-56
  3.3 结果与讨论  56-65
    3.3.1 扁藻在燃料电池持续耗氢系统与氢气不断累积系统产氢能力的比较  56-57
    3.3.2 燃料电池持续耗氢下扁藻的三次产氢过程  57-59
    3.3.3 燃料电池耗氢系统电池耗氢速率与扁藻产氢速率的关系  59-61
    3.3.4 燃料电池持续耗氢下扁藻产氢过程分析  61-64
    3.3.5 扁藻胁迫产氢过程中细胞形态的变化  64-65
  3.4 小结  65
  参考文献  65-67
第四章扁藻光照产氢的能量利用效率的估算  67-76
  4.1 引言  67
  4.2 材料与方法  67-71
    4.2.1 试剂与仪器  67
    4.2.2 扁藻光照产氢阶段能量利用效率计算  67-69
    4.2.3 扁藻培养阶段能量利用效率计算  69-70
    4.2.4 估算参数的测定  70-71
  4.3 结果与讨论  71-74
    4.3.1 扁藻培养段的光能利用效率  71
    4.3.2 扁藻产氢段的光能利用效率  71-72
    4.3.3 不同产氢工艺扁藻能量利用效率的比较  72-74
  4.4 小结  74-75
  参考文献  75-76
第五章扁藻培养和产氢的光质影响  76-89
  5.1 引言  76
  5.2 材料与方法  76-80
    5.2.1 试剂与仪器  76-77
    5.2.2 实验方法  77-80
  5.3 结果与讨论  80-86
    5.3.1 扁藻叶绿素的吸收光谱  80-81
    5.3.2 不同光质培养扁藻生长过程中pH 变化  81
    5.3.3 扁藻生长的光质影响  81-82
    5.3.4 不同光质对扁藻胞内生化组成的影响  82-84
    5.3.5 不同光质培养的扁藻在同一光质（白光）下产氢  84-86
  5.4 小结  86-87
  参考文献  87-89
第六章总结  89-91
附录  91-93
  符号说明  91-93
作者简介及发表文章  93-94
致谢  94

扁藻高密度产氢过程特征的研究

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