[发明专利]利用秸秆制备氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用秸秆制备氢气的方法，具体为利用秸秆进行生物质发酵制备氢气的方法。

背景技术

我国是世界上的农业大国，拥有耕地15亿亩。据不完全统计，我国每年农作物收割后将会产生超过7亿吨的秸秆，这些秸秆往往没有什么可以利用的价值，以往用来作为燃料或沤肥等，但随着当代人民生活水平的提高，煤气、厨房电子设备走入人们家庭，以及工业化肥的广泛使用，秸秆都被当做垃圾处理或焚烧。因此，大量的秸秆给我们带来了巨大的环境压力，但同时也是一种廉价的潜在的生物质能源。

秸秆是有机碳水化合物，富含C、H元素，还含有少量蛋白质等其它有机质，经微生物降解后可以生产氢气或乙醇等生物质能源，既实现了秸秆的减量化问题，又可实现其资源化和无害化。

在我国，沼气化技术在包括秸秆在内的农业固体废物中得到广泛应用。它在降解秸秆等废弃物的同时，可以生产出沼气作为能源，沼液可以用作农肥。但沼气的主要成分是甲烷，其燃烧后会产生CO₂，其无疑增加了环境的碳排放，仍然不利于环保。而氢气是唯一不含碳的能源，热值高，其燃烧热能是汽油的3倍。并且氢气的燃料循环与生物圈吻合，水蒸汽是其唯一的废物，没有碳排放，因而氢气是非常环保且优质的能源。

而目前氢气的生产都为化学方法制氢，价格昂贵。用秸秆这类环境废物制氢原材料非常廉价，且来源丰富，是一种一举两得的很好的废物资源化利用的方法。现在生物制氢的方法较少，主要是效率低，产氢慢。如中国科学院的用秸秆产氢的方法需要几个月，超过了半年，这在工业化应用中是不可能的。主要原因在于多数生物方法不能很好地消化秸秆，因为秸秆主要由纤维素，半纤维素以及木质素这些成分组成。半纤维素和木质素在秸秆中以共价键结合形成复合物将纤维素包埋于其中，使得纤维素酶难以与纤维素接触，因此降解秸秆来制氢比较困难。因此，开发高效降解产氢能的微生物制氢方法进行快速降解秸秆是目前研究的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、快速降解秸秆产生氢气的方法，该方法先将采用微生物对秸秆进行好氧降解，然后与牛粪在厌氧发酵培养基中进行厌氧发酵从而制备出浓度高的氢气。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种利用秸秆制备氢气的方法，包括以下步骤：

步骤一：利用降解秸秆的微生物复合菌剂对秸秆进行好氧降解；

步骤二：牛粪预处理：将牛粪用50目筛进行筛分去除颗粒固形物和杂质，煮沸30-60分钟，离心去掉多余水分，备用；

步骤三：配制秸秆厌氧降解培养基：先配制液体厌氧降解培养基，然后加入步骤一好氧降解后的秸秆；

步骤四：将预处理后的牛粪加入秸秆厌氧降解培养基中，用氮气充满容器，去掉氧气，密封，避光，在60～70℃、120r/min进行培养。

在上述的方法中，步骤三中每毫升液体厌氧降解培养基中加入好氧降解后的秸秆0.1～0.5g。

在上述的方法中，所述的液体厌氧降解培养基每升中包含下述质量的组分：酵母提取物，8g；KH₂PO₄，0.2g；K₂HPO₄，1.6g；MgSO₄·7H₂O，0.2g；CaCl₂，0.01g；NaCl，0.1g；Na₂S·9H₂O，0.25g；NaHCO₃，0.2g；(NH4)₂SO₄，3g；Na₂MoO₄·2H₂O，0.01g；pH调至5.5。

在上述的方法中，所述的牛粪与好氧降解后的秸秆的质量之比为（0.8：1）～（2：1）。

在上述的制备方法中，步骤一的具体操作为：①秸秆预处理：将秸秆与稀硫酸以质量比1：2混合，于高压灭菌锅中150℃恒温加热2小时，然后用蒸馏水洗涤秸秆至洗涤液pH为7，并过滤，将秸秆60℃烘干备用；②配制秸秆好氧降解培养基：先配制液体好氧降解培养基，然后加入上述预处理后的秸秆；每毫升液体好氧降解培养基中加入秸秆0.5～1.5g；③将微生物复合菌剂加入秸秆好氧降解培养基中，25～30℃有氧发酵，发酵时间7～10天。