CN105803002A - 一种利用木糖制备氢气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用木糖制备氢气的方法，包括：1）取Klebsiella oxytoca GS‑4‑08菌种，培养获得种子液；2）取种子液接种于灭菌后的产氢培养基中，然后在35℃下进行好氧生长；培养得到的大量的Klebsiella oxytoca GS‑4‑08菌种培养液；3）对培养液进行曝氮气处理，曝氮气完毕后，将好氧生长到指数生长末期时的培养液按照100%的接种率投加到木糖溶液中；4）厌氧反应，收集氢气。本发明利用微生物厌氧发酵木糖制氢，具备治污、环保和产能等多重优越性，开发前景广阔。自然界中大量可再生的木质纤维类生物质丰富且廉价，木质纤维素水解成分主要是单糖，单糖中的五碳糖约占30~40%，因此，有效利用木糖产氢特性，对于扩展底物范围，降低生物制氢成本，实现生物制氢的工业化具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于新能源领域，涉及一种利用木糖制备氢气的方法。
背景技术
氢气作为高效、清洁、可再生的能源，越来越受到人们的关注。在多种制氢方法中，利用微生物厌氧发酵生物质(如有机废水、有机垃圾等)制氢，具备治污、环保和产能等多重优越性，开发前景广阔。研究者们做了很多卓有成效的研究工作，其中之一就是扩大底物利用范围。自然界中大量可再生的木质纤维类生物质丰富且廉价，如果能够解决利用木质纤维素作为原材料最终获取氢气这个关键问题，它将使得获取廉价氢气和实现产业化成为可能。木质纤维素主要有木质素、纤维素和半纤维素组成，纤维素和半纤维素的水解成分主要是单糖和少量的简单聚糖，其中单糖主要是以葡萄糖为主的六碳糖约占 60%~70%，以木糖为主的五碳糖约占30%~40%，而先前关于葡萄糖制备氢气已有所报道，而木糖则因为难分解等问题而没有得到应用。因此研究利用木糖等五碳糖产氢特性，对于扩展底物范围，降低生物制氢成本，实现生物制氢的工业化具有重要的意义。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供了一种利用木糖制备氢气的方法，降低生物制氢成本，实现生物制氢的工业化。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用木糖制备氢气的方法，包括以下步骤：
1）取Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种，培养获得种子液；
2）取种子液接种于灭菌后的细菌生长培养基中，然后在35℃下进行好氧生长； 培养得到的大量的Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种培养液；
3）对产氢培养基进行曝氮气处理，曝氮气完毕后，将好氧生长到指数生长末期时的培养液按照100%的接种率投加到产氢培养基中；
4）厌氧反应，收集氢气。
步骤1）中，用生长培养基培养种子液。
步骤2）中，产氢培养基的配方为：0.5g/L KH2PO4、1.57g/L Na2HPO4·12H2O、0.1g/L MgSO4·7H2O。
步骤2）中，产氢培养基的pH值为7.0左右。
步骤2）中，在35℃下进行好氧生长12h。
步骤3）中，木糖溶液浓度为2~8g/L。
步骤4）中，厌氧反应48h以上。
有益效果：自然界中大量可再生的木质纤维类生物质丰富且廉价，木质纤维素水解成分主要是单糖，单糖中的五碳糖约占 30~40%，因此，有效利用木糖产氢特性，对于扩展底物范围，降低生物制氢成本，实现生物制氢的工业化具有重要的意义。本发明利用Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种厌氧发酵木糖制氢，转化率为38.5mL氢气/g木糖，具备治污、环保和产能等多重优越性，开发前景广阔，可实现工业化。
附图说明
图1是不同木糖浓度下的产氢结果图；
图2是1％的接种率下的总产氢量结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种利用木糖制备氢气的方法，包括以下步骤：
1）取Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种（为CN105524944A公开的菌种），用生长培养基活化，获得种子液；生长培养基的配方为：酵母膏5g/L、蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L。
2）取种子液，接种于灭菌后的生长培养基中，细菌活化温度35℃，转速180r/min，好氧生长12小时；再进行曝氮气处理；产氢培养基(发酵培养基)的配方为：KH2PO4
0.5g/L、Na2HPO4·12H2O 1.57 g/L、 MgSO4·7H2O 0.1g/L。
3）曝氮气完毕后，将好氧生长到指数生长末期时的培养液按照100%的接种率投加到产氢培养基中；在产氢培养基中添加木糖作为底物，72h的厌氧反应（发酵）中，每间隔12小时进行取样采集氢气的体积和含量，厌氧反应（发酵）温度为35℃。
2~8g/L木糖浓度下的总产氢量，结果如图1所示，可以看出，当底物木糖的浓度分别2、4、6、8g/L时，产氢的量分别为72.69mL、93.73、100.48、104.28mL，木糖转化率分别为93.45%、63.45%、58.3%、62.5%。因此在厌氧发酵过程中，当增加底物浓度时，产氢量会得到相应的增加，但在2g/L时木糖转化率最大。
实施例2
1%接种率条件下，木糖制备氢气的方法，包括以下步骤：
1）取Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种（为CN105524944A公开的菌种），用生长培养基活化，获得种子液；生长培养基的配方为：酵母膏5g/L、蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L。
2）取种子液，接种于灭菌后的生长培养基中，细菌活化温度35℃，转速180r/min，好氧生长12小时；再进行曝氮气处理；产氢培养基(发酵培养基)的配方为：KH2PO4
0.5g/L、Na2HPO4·12H2O 1.57 g/L、 MgSO4·7H2O 0.1g/L。
3）曝氮气完毕后，将好氧生长到指数生长末期时的培养液按照1%的接种率投加到产氢培养基中；在产氢培养基中添加木糖作为底物，72h的厌氧反应（发酵）中，每间隔12小时进行取样采集氢气的体积和含量，厌氧反应（发酵）温度为35℃。
1%的接种率下的总产氢量，结果如图2所示，可以看出，当木糖浓度为2g/L时，产氢量为48.8mL，与相同条件下，接菌率为100%的产氢培养基的产氢量减少13.8mL。因此，接菌率也是影响以木糖为底物进行产氢的因素之一，适当提高接菌率可以增加氢气的产量。
Claims (7)
1.一种利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种，培养获得种子液；
2）取种子液接种于灭菌后的细菌生长培养基中，然后在35℃下进行好氧生长； 培养得到的大量的Klebsiella oxytoca GS-4-08菌种培养液；
3）对产氢培养基进行曝氮气处理，曝氮气完毕后，将好氧生长到指数生长末期时的菌种培养液按照100%的接种率投加到产氢培养基中；
4）厌氧反应，收集氢气。
2.根据权利要求1所述的利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，步骤1）中，用生长培养基培养种子液。
3.根据权利要求1所述的利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，步骤2）中，产氢培养基的配方为：0.5g/L KH2PO4、1.57g/L Na2HPO4·12H2O、0.1g/L MgSO4·7H2O。
4.根据权利要求1所述的利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，步骤2）中，产氢培养基的pH值为7.0左右。
5.根据权利要求1所述的利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，步骤2）中，在35℃下进行好氧生长12h。
6.根据权利要求1所述的利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，步骤3）中，木糖溶液浓度为2~8g/L。
7.根据权利要求1所述的利用木糖制备氢气的方法，其特征在于，步骤4）中，厌氧反应48h以上。
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Application publication date: 20160727 Assignee: Suzhou Seaview electromechanical Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000045 Denomination of invention: Method for preparing hydrogen by virtue of xylose Granted publication date: 20190621 License type: Common License Record date: 20190823 Application publication date: 20160727 Assignee: Reliance Environmental Technology (Suzhou) Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: X2019320000044 Denomination of invention: Method for preparing hydrogen by virtue of xylose Granted publication date: 20190621 License type: Common License Record date: 20190823 |
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Effective date of registration: 20201125 Address after: Room N6, room 307, 3 / F, room 1, No. 268, Dengyun Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: KELEIBOSHI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY (SUZHOU) Co.,Ltd. Address before: Longpan road Xuanwu District of Nanjing city of Jiangsu Province, No. 159 210037 Patentee before: NANJING FORESTRY University |
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Granted publication date: 20190621 Termination date: 20210516 |