PAGEPAGE3新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)專業(yè)文獻(xiàn)綜述題目:棉花秸稈厭氧發(fā)酵制氫氣姓名:周強(qiáng)學(xué)院:化學(xué)工程學(xué)院專業(yè):應(yīng)用化學(xué)班級(jí):082班學(xué)號(hào):085131218導(dǎo)教師:王建華職稱:講師2010年11月日棉花秸稈厭氧發(fā)酵制氫氣作者周強(qiáng)指導(dǎo)老師王建華摘要：近年來(lái)，隨著人們對(duì)能源的需求劇增，石油價(jià)格持續(xù)攀升，能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題已對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，尋找替代能源、開(kāi)展可再生能源的研究，對(duì)于維護(hù)國(guó)家的能源戰(zhàn)略安全、減少環(huán)境污染具有十分重要的意義。而氫氣是一種高效、清潔、無(wú)污染的清潔的可再生能源，在燃燒過(guò)程中除生成水外,不產(chǎn)生導(dǎo)致環(huán)境惡化的碳基化合物其將是21世紀(jì)人類最理想的替代能源。近年來(lái)，隨著人們對(duì)能源的需求劇增，石油價(jià)格持續(xù)攀升，能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題已對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，尋找替代能源、開(kāi)展可再生能源的研究，對(duì)于維護(hù)國(guó)家的能源戰(zhàn)略安全、減少環(huán)境污染具有十分重要的意義。本文以天然河底污水處理廠污泥為厭氧產(chǎn)氫微生物來(lái)源，以棉花秸稈為發(fā)酵底物制備氫氣，考察了底物的預(yù)處理和酶解對(duì)底物產(chǎn)氫能力的影響重點(diǎn)研究對(duì)底物的預(yù)處理、反應(yīng)溫度和酶解時(shí)間對(duì)底物產(chǎn)氫能力的影響，溫度，酸度對(duì)產(chǎn)氫能力的影響。關(guān)鍵詞:生物制氫;厭氧發(fā)酵;棉花秸稈;發(fā)展前景CottonstalkanaerobicfermentationforhydrogenAuthorZhouqiangQiangTutorWangjianJianhuaAbstract:Hydrogenisacleanrenewableenergy.IntheproccessprocessofbumingbummingitonlyproducesWaterwithoutcarbon-basedemissionsthatcontributetoenvironmentalpollutionandclimateChange.Currently,withthemorerequirementrequirementstoenergyandtheincreasingpriceofpetrolenmpetroleumtheproblemofenergyshortageandenvironmentalpollutionbringschallagechallengestosustainabledevelopmentofournationeconomy.So,itisverysingificativetofindsomenewsubstitutedeneryenergytodevelopthestudyofrenewableenergyforprotectingthesecurityofenergystrategyandreducingtheenvironmentalpollution.Inthisprocess,process,mico-organismsdegradeorganicwastestoproducehydrogen.hydrogen.Itreachestwoaims:gettingridofwastesandprotectingenvironment.Soitmusthaveagoodfuture.Thehydrogenproductionofcottonstalkwasteswassysematicallysystematicallyinvestigaedinvestigatedthroughanacrobicanaerobicfermentationbyusingthenaturalsludgeasinoculantinoculants.Theeffectsofpretreatment,Studypretreatment,Studyofsubstratepretreatmentandenzymatichyrolysishydrolysesonthehydrogenproductioncapacityinfluence.temperatureinfluence.,acidityTemperature,acidityonhydrogenproductioncapacityinfluence.KeyWordswords:bio-hydrogenproductionanaerobicfermentationcottonstalkdevelopment.【前言】能源是人類賴以生存和進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是地球演化及萬(wàn)物進(jìn)化的動(dòng)力，對(duì)其開(kāi)發(fā)和使用推動(dòng)著人類文明的發(fā)展。能源科學(xué)技術(shù)的每一次突破，都帶來(lái)社會(huì)發(fā)展和生產(chǎn)力的巨大飛躍。通過(guò)人類的發(fā)展歷史可以看到:世界能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了由煤炭替代木柴、由石油和天然氣代替煤炭的轉(zhuǎn)變。許多國(guó)家依靠充足而廉價(jià)的石油實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的高速度增長(zhǎng)。僅50年代和60年代，世界石油消費(fèi)量每10年就增長(zhǎng)1倍還多。可以說(shuō)，石油帶來(lái)了世界經(jīng)濟(jì)的繁榮，也帶來(lái)了現(xiàn)代文明。目前，人類所使用的商品能源中，95%是化石能源。在能量消耗中比重最大的是石油，約占能源消耗總量的45%，煤炭約占30%，天然氣約占21%。而這些礦物燃料都是不可再生的能源，在地球上的儲(chǔ)量是有限的。世界煤炭?jī)?chǔ)量估計(jì)約為10萬(wàn)億噸，據(jù)目前開(kāi)采速度大約可以維持400年;世界石油總儲(chǔ)量約3000億噸，其中探明儲(chǔ)量1240億噸，以1989年的開(kāi)采水平可維持40年，即使地球上總儲(chǔ)量全部被開(kāi)采，也維持不了七、八十年。世界天然氣儲(chǔ)量發(fā)展中國(guó)家和工業(yè)化國(guó)家各占一半，因?yàn)榘l(fā)展中國(guó)家生產(chǎn)力水平低，其儲(chǔ)量和產(chǎn)量比為9年，而工業(yè)化國(guó)家僅為39年。同時(shí)，隨著有限儲(chǔ)量的化石燃料(煤炭、石油和天然氣)的減少、能源需求的不斷增長(zhǎng)、，化石燃料燃燒(生成二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等)造成的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)和酸雨，使21世紀(jì)的能源面臨巨大挑戰(zhàn)世紀(jì)的人類面臨巨大挑戰(zhàn)。面對(duì)著嚴(yán)峻的能源危機(jī)與環(huán)境污染，促使社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略己經(jīng)形成共識(shí)。因而，開(kāi)發(fā)利用新能源的開(kāi)發(fā)和利用，以替代非再生能源，已成當(dāng)今世界迫切和現(xiàn)實(shí)的研究課題之一。許多國(guó)家正加緊研究開(kāi)發(fā)、利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能和氫能等代替能源?！敬硕沃攸c(diǎn)介紹氫能的重要性】研究的意義國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目氫能領(lǐng)域首席科學(xué)家、清華大學(xué)毛宗強(qiáng)指出:從發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)經(jīng)濟(jì)一定是一種節(jié)能型、清潔型經(jīng)濟(jì)，盡量使用有利于環(huán)保和人民身心健康的能源。因此，新型替代型清潔能源的開(kāi)發(fā)與利用，以替代非再生能源，是當(dāng)今世界最迫切和現(xiàn)實(shí)的研究課題之一?？稍偕茉吹拈_(kāi)發(fā)己引起人們的廣泛重視，科學(xué)家們紛紛將目光投向可再生性資源的開(kāi)發(fā)和利用。目前，許多國(guó)家正在致力于研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能和氫能等新能源。在諸多新能源中，氫能作為一種理想的清潔能源而倍受科學(xué)家的關(guān)注。這是因?yàn)闅渚哂性S多突出優(yōu)點(diǎn)：1、氫是宇宙中最豐富的元素，宇宙中75%的質(zhì)量由氫元素構(gòu)成，取之不竭，用之不盡。2、燃燒值高，氫是周期表中最輕的元素，與其它物質(zhì)相比，具有最高的能量比，達(dá)到34.15kacl/g;而汽油僅13kcal/g，噴氣飛機(jī)用燃料為12.15kcal/g，煤的僅為4.837keal/g。3、清潔無(wú)污染，氫氣燃燒時(shí)不產(chǎn)生溫室氣體和其它對(duì)人體有害的物質(zhì)，氫氧結(jié)合的燃燒產(chǎn)物是最純凈的物質(zhì)—水，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何污染，遠(yuǎn)比化石燃料潔凈。近年來(lái)激發(fā)人們對(duì)氫能新的興趣和討論的一個(gè)重要因素是環(huán)境保護(hù)的需要。首先美國(guó)加州規(guī)定了使用零排放汽車(ZEV)，2003年10%售出的車必須是ZEV。另外一個(gè)與此有關(guān)的事件是工業(yè)化國(guó)家簽訂了日本京都協(xié)議。按照這個(gè)國(guó)際條約，在2008~2012年工業(yè)化國(guó)家的溫室氣體排放要比1990年的水平降低5.2%。4、化學(xué)簡(jiǎn)單性。它在快速釋放能量時(shí)，破壞和形成的鍵相對(duì)來(lái)說(shuō)很少，具有高的反應(yīng)速率常數(shù)和較快的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)，可以用電化學(xué)方法釋放它的能量。氫在鉑電極上放電時(shí)的交換電流密度達(dá)lma/cm2，氫-空氣(氧)高效燃料電池的原理就是基于這一點(diǎn)。這種燃料電池可以達(dá)到數(shù)百ma/cm2擴(kuò)的電流密度，或者100W/kg級(jí)的比功率，為燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車打下了技術(shù)基礎(chǔ)。燃料電池車的燃料利用率可以達(dá)到40~50%，這比內(nèi)燃機(jī)車的要高50%。5、應(yīng)用范圍廣。氫不但是一種優(yōu)質(zhì)燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業(yè)中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精煉需要?dú)洌鐭N的增氫、煤的氣化、重油的精煉等;化工中制氨、制甲醇也需要?dú)?。，氫還用來(lái)還原鐵礦石。用氫制成燃料電池可直接發(fā)電采用燃料電池和氫氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其能量轉(zhuǎn)換效率將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的火電廠。總之，氫能將勢(shì)不可擋地進(jìn)入社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。因此，氫氣作為潔凈高效和可以再生的二次能源而倍受關(guān)注。人們預(yù)言氫氣將成為本世紀(jì)最理想的清潔綠色能源，是化石燃料極富前途的替代品。隨著制氫技術(shù)的進(jìn)步和貯氫手段的完善，氫能將在21世紀(jì)的能源舞臺(tái)上大展風(fēng)采。[重點(diǎn)介紹發(fā)酵制氫的研究現(xiàn)狀，主要最近幾年我國(guó)哪些組在生物厭氧發(fā)酵方面取得和成果以及國(guó)外在該領(lǐng)域取得的成果，最后一段介紹一下本實(shí)驗(yàn)有何特色以及優(yōu)勢(shì)]發(fā)酵法制氫技術(shù)許多專性厭氧和兼性厭氧微生物，如丁酸梭狀芽抱桿菌、拜式梭狀芽抱桿菌、大腸埃希式桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、褐球固氮菌等，能利用多種底物在氮化酶或氫化酶的作用下將底物分解制取氫氣。發(fā)酵生物制氫的適用范圍極為廣泛，可利用各種廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)清潔的氫能源，如:甲酸、丙酮酸、CO和各種短鏈脂肪酸等有機(jī)物、淀粉纖維素等糖類。這些物質(zhì)廣泛存在于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污水和廢棄物中。在厭氧菌發(fā)酵研究中，大多數(shù)的研究都著眼于純菌種及細(xì)胞固定化技術(shù)，如產(chǎn)氫菌種的篩選及包埋劑的選擇。人們用某些微生物載體或包埋劑，對(duì)細(xì)菌固定技術(shù)復(fù)雜，且不易選擇合適的包埋劑;利用純菌種和固定技術(shù)的生物制氫方法，發(fā)酵條件要求嚴(yán)格，純菌種的分離和提純技術(shù)條件苛刻且不易批量獲得，純菌種分離成本昂貴，所以只適合于實(shí)驗(yàn)室研究;小型試驗(yàn)易取得瞬間最高產(chǎn)氫率，要長(zhǎng)期運(yùn)行并連續(xù)生物產(chǎn)氫、保持較高的產(chǎn)氫量和氫濃度，技術(shù)難度高很難取得突破。上述原因限制了該項(xiàng)制氫技術(shù)的應(yīng)有和規(guī)模化生產(chǎn)。發(fā)酵法制氫底物的研究現(xiàn)狀目前，生物制氫技術(shù)所用底物主要是簡(jiǎn)單的碳水化合物(如糖和淀粉等)及含簡(jiǎn)單碳水化合物的廢水或廢棄物。盡管一些研究小組用厭氧發(fā)酵法成功地將一些成分比較復(fù)雜的有機(jī)固體廢棄物(如土豆淀粉渣、麥鼓、食物廢棄物、市政有機(jī)固體廢棄物等)轉(zhuǎn)化為氫氣，但產(chǎn)氫效率不佳。而對(duì)于纖維素類難生物降解的生物質(zhì)，例如酒糟、農(nóng)作物秸稈(玉米稈、麥秸稈和稻草等)等，迄今國(guó)內(nèi)外有其生物制氫的報(bào)道很少。這是由于用傳統(tǒng)的發(fā)酵方法直接以這類生物質(zhì)為底物進(jìn)行生物制氫，幾乎不能產(chǎn)氫，或者氫的轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)氫速率極低。4.研究目標(biāo)和發(fā)展前景主要的研究目標(biāo)是利用棉花秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氫能力，通過(guò)改變不同的預(yù)處理方法和酶解條件，使得玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫達(dá)到了高效、可行的效果。在發(fā)酵條件方面，設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)，以累積產(chǎn)氫量為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，初步分析了影響玉米秸稈產(chǎn)氫發(fā)酵的重要影響因素，以期能為玉米秸稈的發(fā)酵制氫提供一定的基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。利用農(nóng)作廢棄物秸桿成本低，我國(guó)玉米分布區(qū)域很廣，華北地區(qū)新疆長(zhǎng)江下游濱海、沿江平原；冀中南、魯西北、豫北平原，黃淮平原。玉米秸稈是大宗的農(nóng)作物廢料，也是具有巨大潛力的再生資源，尤其是作為再生能源受到廣泛的重視，但目前除一部分用作反當(dāng)動(dòng)物的飼料外，大部分未被利用。因此，用玉米秸桿來(lái)轉(zhuǎn)化為可利用的能源具有重大的意義和廣闊的前景。參考文獻(xiàn)：.李文華、楊修編著，環(huán)境與發(fā)展，科學(xué)技術(shù)出版社(1994)王毅波.21世紀(jì)理想的能源一氫能.能源研究與信息.2003，19(:2)63-68USDepartmentofEnergy.GuidetoAltermativeFuelVehicleIncentivesandLawa[A].CleanCitiesProgram[Z],1996HoffimannP.liquidhydrogenpowersthirdEQHHPPdemostrationbus.Hydrogena