[发明专利]一种基于微生物互养互作与电发酵耦合梯级产氢产乙醇的方法

说明书

一种基于微生物互养互作与电发酵耦合梯级产氢产乙醇的方法，属于发酵产氢技术领域。本发明为了解决现有生物发酵制氢和生物发酵产乙醇过程中发酵细菌受代谢产物抑制，产氢效率低、产乙醇纯度低等问题。本发明将发酵产氢细菌哈尔滨产乙醇杆菌YUAN‑3和电活性细菌地杆菌PCA在微生物电发酵MEF反应器中进行共培养，通过细菌代谢互作及微生物电发酵系统两步法梯级制取氢气和乙醇。与传统方法相比，本发明大大提高了氢气产率和乙醇纯度，降低了微生物电发酵系统内的细菌代谢产物抑制，提高了产氢效率及产物中氢气和乙醇的比例，同时并具有操作简便的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于微生物互养互作与电发酵耦合梯级产氢产乙醇的方法，属于发酵产氢技术领域。

背景技术

氢能被认为是最具发展潜力的、可替代化石燃料的清洁能源，具有热值高、燃烧性能好、清洁无污染、可持续等诸多优点。但传统工业制取氢气的方法成本高，消耗大量资源和能源，并产生严重环境污染。

发酵法生物制氢技术作为一种可持续的制氢技术，在消耗有机废物的同时产生清洁高效的氢气能源，与传统制氢工艺相比，具有产氢率高、生态友好、能耗低、成本低等优点，因此在实际和商业应用中极具吸引力。根据液体最终产物的不同，发酵法生物制氢可分为乙醇型发酵和丁酸型发酵等类型。其中，乙醇型发酵产氢耐酸性更强，产氢效率更高，在产氢的同时，主要代谢产物乙醇还可作为生物资源进行回收利用。现有生物发酵制氢和生物发酵产乙醇过程中由于发酵细菌受代谢产物抑制，存在产氢效率低、产乙醇纯度低等问题。

发明内容

本发明为解决现有生物发酵制氢和生物发酵产乙醇过程中发酵细菌受代谢产物抑制，产氢效率低、产乙醇纯度低等问题，提供了一种基于微生物互养互作与电发酵耦合梯级产氢产乙醇的方法。

本发明的技术方案：

一种基于微生物互养互作与电发酵耦合梯级产氢产乙醇的方法，该方法的具体操作步骤如下：

步骤一，在恒温摇床内使用液体EGC培养基厌氧培养自聚集哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3至形成白色球状颗粒，离心收集菌体，获得哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3的接种物；

步骤二，在恒温摇床内使用液体EGC培养基厌氧培养地杆菌PCA至形成粉红色浑浊菌液，离心收集菌体，获得地杆菌PCA的接种物；

步骤三，组装微生物电发酵MEF反应器，首先将碳纤维阳极和活性炭热压氢还原阴极插装在反应器中，然后将液体EGC培养基注入反应器中，经纯度为99.99％的高纯N₂曝气后密封并高温高压灭菌，反应器使用一次性静脉输液针连接体气体收集袋，碳纤维阳极和活性炭热压氢还原阴极之间外接电阻后与直流电源连接；

步骤四，将步骤一和步骤二哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3的接种物和地杆菌PCA的接种物接种至灭菌后的MEF反应器中，连通电路，35℃恒温培养，并使用多通道磁力搅拌器搅拌培养，培养1小时～10小时产生氢气和乙醇。

所述的微生物电发酵MEF反应器的阳极为碳纤维，阴极为活性炭热压氢还原阴极，外接电阻为10Ω～50Ω，直流电源的电压为0.5V～1.0V或恒定阴极电位0.1～0.5mV。

所述的步骤一中厌氧培养法培养哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3接种物的过程为；首先将液体EGC培养基经高温煮沸、纯度为99.99％的高纯N₂曝气和高温高压蒸汽灭菌，然后接种哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3，并放置在恒温摇床中震荡培养12小时～48小时，得到底部沉积为白色球状凝集颗粒的浑浊菌液，10000r/h离心2分钟，弃上清液，得到哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3接种物。