[发明专利]一种燃料电池耗氢技术用于提高扁藻光解海水产氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及绿藻光解水制氢，具体地说是一种燃料电池耗氢技术用于提高扁藻光解海水产氢的方法。

背景技术

绿藻制氢的主要问题是氧对氢酶抑制严重问题，因产氢的同时产氧，如不能消除氧的抑制，产氢速率低且不能长期持续产氢。美国国家可再生能源实验室(NREL)和加州大学成功研究了淡水衣藻可逆氢酶两步法间接光水解制氢工艺，利用筛选到的C.reinhardtii CC 124耐氧菌株突变体，实现氢氧时间和空间上的分离，避免了可逆氢酶遇氧失活问题。该研究用细胞密度为6×10⁶cells ml^-1，产气速率为2.0 1H₂h^-1l^-1持续70h，产氢能力比直接光解水提高100倍。

中科院大连化物所在国内率先开展绿藻光解水制氢的研究工作，首次筛选发现的海洋单细胞绿藻-亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)，利用解偶联剂羰基化物间氯苯腙CCCP调控光合放氢，其氢气产量和持续时间均显著提高，产氢速率与衣藻结果相近，但时间偏短。目前绿藻光解水制氢的研究仍处于基础研究阶段，包括物质代谢和能量代谢等机理研究仍需深入；目前两步法间接光解水制氢的研究也处于单个步骤的机理研究和效率提高阶段，用燃料电池耗氢系统实时监测扁藻产氢过程尚未见报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，并可实时监测研究的燃料电池耗氢技术用于提高扁藻光解海水产氢量的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明在光反应器上外接碱性燃料电池持续耗氢系统来实现实时监测扁藻在解偶联剂CCCP胁迫调控下连续光照和非连续光照产氢过程的特征并加以示范；具体为，以一种具有光解海水产氢功能的海洋绿藻—亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)为体系产氢材料，采用新型的解偶联剂调控间接法产氢工艺，在光反应器上外接碱性氢氧燃料电池持续耗氢系统来维持体系内较低氢分压，依据电路中电子数量与氢原子数的一一对应关系，通过测量电池外电路电流变化来计算体系内氢浓度的变化，实时监测扁藻在CCCP胁迫调控下连续光照和非连续光照产氢过程的特征并加以示范。并可保持体系内较低氢分压，消除产物抑制，提高产氢量。根据产氢过程中pH值、PSII光化学活性、体外氢酶活性变化的对应关系，阐明产氢机理。实现了对产氢过程进行高效、灵敏的实时检测，在产氢机理研究和工程基础示范中具有重要应用。

具体操作过程为：

1)亚心形扁藻采用康维方营养盐通入1～15％CO₂(V/V)培养，培养到对数生长后期收集或高密度培养至产氢藻液浓度(4～8)×10⁶cells ml^-1；

2)采用扁藻两步法光解水制氢的方法，其流程如图1所示。取容积为650ml的搅拌式光产氢反应器，其内装入反应器体积80-95％的步骤1)中所获取的藻液，，密封反应器瓶口，用纯氮(99.9％)置换空气10min，放置到25℃培养箱中进行暗诱导2～24h；

3)暗诱导后，加入终浓度为7.5～15μM CCCP到藻液中，调节藻液pH值为6.5～8.5，然后打开光照培养箱的光源，光强为50～100μEm^-2s^-1，连续光照或非连续光照，光暗比为(3～24：3～24)，由光反应器下部的磁力搅拌器搅拌藻液，使光反应器内的藻液产氢；光反应器的气体体积变化通过刻度气体取样管采用排水法收集计量，燃料电池耗氢电流由数据采集记录系统自动检测记录。

4)根据电流变化曲线依据电子数与消耗的氢原子数的一一对应关系积分计算氢气产量

5)pH值的测定是用标准pH溶液校准好精密pH电极(pHS-3B型)放入密闭藻液在线记录pH值变化。