微生物产氢研究的进展和前景展望课件.ppt

1、微生物产氢研究的进展和前景展望微生物产氢研究的进展和前景展望目录微生物产氢微生物产氢前景展望前景展望背景简介背景简介光和生物反应器光和生物反应器能量密度高；氢能的优势可再生能源；燃烧后只产生水，不产生具有温室效应的CO2 和其它有毒气体，成为极具开发潜力的未来清洁能源。氢气的用途 石油化工 电子工业 冶金工业 食品加工 浮法玻璃 精细有机合成 航空航天制取氢气的方法1.用氧化亚铜作催化剂从水中制取氢气。2.用新型的钼的化合物从水中制取氢气。3.用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法。4.陶瓷跟水反应制取氢气。5.生物质快速裂解油制取氢气。6.从微生物中提取的酶制氢气。7.用细菌制取氢气。

2、8.用绿藻生产氢气。9.有机废水发酵法生物制氢气。10.利用太阳能从生物质和水中制取氢气。11.用二氧化钛作催化剂,在激光的照射下,让水分解成氢气和氧气.生物制氢光合作用光合作用产氧光和作用产氧光和作用（蓝藻和植物）非产氧光和作用非产氧光和作用（紫细菌和绿硫细菌）Other ways一、细菌发酵产H2一、细菌发酵产H2 发酵型细菌：a.严格厌氧型 b.兼性厌氧化能异养型 氢化酶实验得出：嗜热微生物的高温发酵是最高效的。兼性厌氧发酵效率较低。对氧不敏感的菌产生更多的氢气。厌氧微生物“微生物燃料电池（MFC）”系统底物：食品生产中的废液（含糖量很高）产物：H2或电能 MFC系统能够引导微生物代谢中

3、形成的电子产生电能。细菌MFC系统产生的H+和e-会形成一个回路，在电化学增强作用下，这个回路的阴极会直接形成H2。二、非产氧光合作用产H2二、非产氧光合作用产H2 紫色非硫细菌（PNS）和绿硫细菌（GS）固氮酶 固氮酶基因在有光无氧条件下表达，无铵存在时催化 2H+2e-H2的转化。提高产氢效率：分子水平操作：a、吸收光的天线蛋白被减小，以增加光的捕捉效率。b、摄取氢化酶以及和产氢相竞争的电子通道基因被敲除。c、培养参数被最优化。目前最经济的产生H2的方法是，利用紫色非硫细菌和绿硫细菌，以及用食品工业中含糖量极高的废液,加速细菌的产H2发酵。三、产氧原核生物光能自养产H2 蓝细菌 固氮酶、镍

4、铁-氢化酶 依赖氢化酶的蓝细菌中，NADH和NADPH产生途径：光和产氢途径 发酵产氢途径 光和发酵产氢途径 氢化酶需要一个厌氧的环境。蓝细菌的镍铁-氢化酶的优势在于它比其他藻类和严格厌氧生物的氢化酶有更强的耐氧能力。提高产氢效率的途径：通过减小天线蛋白的大小和使更多的H+和e-流向氢化酶，在光驱动产氢的能力和稳定性上的显著进步，能被设计到蓝细菌系统中。例如：通过敲除NDH-1的集装基因所改造出的工程菌胞藻PCC 6803被观察到提升了5倍的光驱动产氢量。这个敲除阻碍了电子流从PSI到质体醌库的流动，因而改变了电子的流向而使NADP+被还原。四、真核生物中的光能自养产氢 绿藻 具备较完善基因模

5、型的野生型衣藻。氢化酶优势：其氢化酶的转换率是其他氢化酶的一百倍。提高产氢效率：a、将天线蛋白缩小能够增加H+和e-转移到产氢酶的数量 b、降低产氢酶对氧气的敏感度。光合生物反应器的设计 经济化的氢气生产要求：低成本，低消耗，高产率。最普遍最经济：生产-胡萝卜素食物以及多种保健产品的人工池。（开放型）光合作用生产氢气需要更完善的封闭型生物反应器。维持缺氧的环境，从而收集氢气。生物线圈反应体系生物线圈反应体系包括一些缠绕在圆柱形支撑结构上的软管，藻类营养就是通过这一圆柱形结构汲取的。优势：价格便宜，设计模块化。藻类光合生物反应器 a、反应容器安置在温室中，能够有助于实现较高程度的控光和控温。b、

6、体系中包含促进营养物质混匀和培养基全深度光能分配的优化设计，同时还将对于区域的要求降到最低。研究中 具备分散性光能捕获和生物反应器容器的系统将进一步促进精简型生物反应器设计的发展。例如：菲涅尔透镜可用于将光源聚焦于反应器试管上。另一个突破是光纤的引入，使得为控温生物反应器提供光能成为可能。展望 1.在生物反应器中用蓝藻和绿藻分解水生产氢气有一定的优势。2.很难评价这两种分解水的光能利用生物（绿藻和蓝细菌）谁代表了更有潜力的系统。优势：可安置于不可耕种的土地上，减少跟作物生产的竞争。防爆措施 预防性措施 警报性措施 急救性措施预防性措施1操作规范。操作人员严格按操作规程和安全操作要点执行2严禁火

7、源。进入贮存室和充气室时,不得携带火柴、打火机等火种3避免静电。不得穿戴化纤服装、鞋帽及带铁钉的鞋,要关闭手机。所有存储设备和门窗定期涂抹抗静电液。4.建筑物接地。为涉氢建筑物配备齐全的接地系统,室内所有电器、制氢设备和避雷针分别接至地线,而接地线本身必须符合接地电极的国家标准。应排除地板上的电荷。5.远离热源。由于氢气在高温、高压下渗透力很强,所以氢气瓶不得靠近热源。夏季应防止曝晒,防止氢气渗透、积聚。6.减少碰撞。搬运时，氢气瓶装上防震垫圈,旋紧安全帽,防止意外转动和减少碰撞。氢气瓶装卸时应轻装轻卸。7.良好通风。而且通风口应设置在屋顶的最高位,屋顶要平整,不要凸凹不平,以防氢气在凹处积聚。警报性措施（氢气泄漏报警器，氢气检测仪）急救性措施（消防器材，防护服，急救药品）发酵屏障：