[发明专利]一种海藻的破解方法及在发酵产氢中的应用

说明书

本发明公开了属于生物发酵制氢技术领域的一种海藻的破解方法及在发酵产氢中的应用。本发明利用酸或碱与电离辐照耦合处理海藻，得到海藻破解液；本发明能有效促进海藻中有机组分的充分释放；将所得海藻破解液为底物用于高效产氢，为生物制氢过程提供一种廉价易得的底物来源，降低了发酵制氢的成本。

技术领域

本发明属于生物发酵制氢技术领域，特别涉及一种海藻的破解方法及在发酵产氢中的应用。

背景技术

氢气具有热值高、燃烧产物清洁、便于储存和运输等优点，具有广泛的用途，是一种理想的清洁能源。氢气有多种制备方法，传统的制备方法往往依赖于化石能源，降低了氢气的环境效益。与之相比，生物制氢具有反应条件温和，能量来源可再生的优点。特别是暗发酵产氢，产氢效率高且可以利用多种有机物为底物，受到广泛的关注。

底物的选择直接决定暗发酵系统的运行成本和产氢效果。以富含碳水化合物的能源作物为底物产氢往往能得到比较好的产氢效率，且利于大规模应用。目前，能源作物主要包括：以木薯、甜菜、高粱等能源植物为主的第一代能源作物，以农林废弃物等物质纤维素类物质为主的第二代能源作物和以海藻、微藻等藻类为主的第三代能源作物。其中，第一代能源作物含糖量高，但是需要占用耕地，难以满足长期大规模应用；第二代能源作物来源广泛，但其富含木质素等，对预处理的要求较高，发酵过程中的有机物利用率低，从而提高了产氢成本。第三代能源作物藻类具有生长快、生长环境要求低、不占用耕地且细胞结构简单等优点，被誉为最具有应用前景的能源作物。特别是海藻，能够快速通过光合作用实现固碳生长，可在海水中养殖，碳水化物含量高，是一种理想的发酵产氢底物来源。

虽然海藻与纤维素类物质相比，具有更加简单的细胞结构。但是仍然需要一定的预处理来破坏它的细胞结构，从而释放其细胞内的有机质。目前已有报道的海藻破解方法主要有热处理、酸处理、碱处理，超声处理及酶解处理等。但是研究发现，单独的酸、碱处理及超声处理难以有效地破解海藻细胞，释放有机质。热处理中，只有当温度较高(大于121-180℃)时，才能对海藻进行有效的破解，但是高温伴随着能耗的提升，且在反应过程中会发生梅拉德反应，使还原糖和蛋白质发生聚合、缩合反应，不仅消耗了可用于产氢的有机质，还会形成难降解的棕褐色大分子物质。酶解处理虽然反应条件温和，但是所需的反应时间较长，且酶制剂价格昂贵，难以实现工程中的推广应用。此外，海藻破解液中还含有的酚酸，具有抑菌效果，会抑制产氢微生物的活性，从而降低系统的产氢效果，而已报道的预处理方法很难在海藻的破解过程中同时实现对酚酸的降解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海藻的破解方法及在发酵产氢中的应用，具体技术方案如下：

一种海藻的破解方法为，利用酸或碱与电离辐照耦合处理海藻，得到海藻破解液。

所述利用酸或碱与电离辐照耦合处理海藻为向海藻与水的混合液中加入酸或碱，然后进行电离辐照处理。

所述海藻与水的混合液中海藻浓度为10-30g TS/L；所述酸或碱加入量为所述海藻与水的混合液质量的0-2％。

进一步地，本发明所述酸或碱加入量为所述海藻与水的混合液质量的0.5％-2％。

本发明所述利用酸或碱与电离辐照耦合处理海藻，得到海藻破解液的具体操作为：将海藻洗净、烘干、粉碎后过18目筛，得到直径小于1mm的海藻颗粒，将海藻颗粒与水混合，得到海藻浓度为10-30g TS/L的混合液，向混合液中添加酸或碱，在室温下进行电离辐照，辐照结束后，将混合液的pH调节至中性，得到海藻破解液。

本发明所述酸为硫酸，如浓硫酸；所述碱为NaOH，如NaOH粉末。

本发明所述电离辐照为γ射线，放射源为⁶⁰Co。所述电离辐照的剂量为10-30kGy。