专利名称：使用汽爆植物秸杆发酵制备氢气的方法
技术领域：
本发明属于氢气能源的制备方法领域，特别涉及一种使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法。
背景技术：
能源与环境是人类社会可持续发展过程中最重要的主题。近代，人类使用的主要能源经历了材薪、煤炭、石油和天然气、核能的发展。然而，仍占最大比重的化石燃料，产生大量的有害物质，带来严重的环境污染；同时，随着世界经济飞速发展和人口膨胀增长，能源消耗指数增长，使化石能源日渐匮乏。于是，又出现了洁净的新能源，如太阳能、风能、地热能等以及氢能。
氢能作为一种独特的能源具有不可比拟的优势。首先，氢能的能量转化率高，通过燃料电池可不受卡诺循环的限制，高效转化为电能；其次，是氢能的洁净性，它可把能量转化过程中对环境的危害降到最低程度；第三，氢能具有可储、可输性。氢可以通过化石能源获得，也可以从生物质中获得。
目前氢气主要作为一种中间产品而生产的。它是进一步化工合成加氢的重要原料，主要是由化工能源天然气(CH4)、原油和煤作为原料和水蒸气在高温下重整、气化或烃类部分氧化转化生成。由化石能源制氢还放出CO2。氢也可由电解水生产，但这是一种昂贵的方法，一般在特殊的生产目的下的副产物，如氯碱工业。以煤原料制氢需要消耗更多的蒸汽，能耗高(煤比石油、天然气含氢量少)。目前，从化石能源中制取氢气都已规模化生产，其产量占氢气总产量的96％，技术较为成熟。然而，依赖传统化石能源来合成清洁氢能与可持续发展是相矛盾的。
生物制氢对真正实现氢能的应用具有很大的实际意义，90年代以来受到空前重视，一些发达国家制定了生物制氢的发展计划，以期尽快实现生物制氢技术产业化。目前国内外主要是采用厌氧细菌利用有机废水发酵制氢技术的研究。但存在着产气率低，难于满足生产的要求；产生二次污染，缺乏配套技术。由于有机废水资源量有限，并不能承担起生物制氢的主要原料。
发明内容
本发明的目的在于克服上述有机废水生物制氢技术中存在的诸多缺陷，而提供一种清洁能源制氢气的汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法。
本发明的技术方案如下本发明提供的使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，以汽爆植物秸秆为原料，所述汽爆植物秸秆原料为将植物秸秆粗切至20-30mm长，装入汽爆罐中，在1.5Mpa下，维压10分钟，然后瞬间减压释放所制得的粉状汽爆植物秸秆料；其特征在于，制氢步骤为1)制备半固态发酵用培养基在半固态发酵反应器中，将气爆植物秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水按比例进行均匀混配，制得半固态发酵用培养基；所述汽爆植物秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水的重量份配比为汽爆植物秸秆原料玉米粉∶牛肉蛋白胨∶水＝20-40∶0.2-0.8∶0.005-0.02∶100，混配后的pH值为6.8-7.5；2)对制得的半固态发酵用培养基进行灭菌处理；3)菌悬液接种将每升液体菌悬液中含有0.5-1克丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135或/和球形红假单胞菌的液体菌悬液接种于上述半固态发酵反应器中；4)发酵处理制得氢气在N2保护下，在35℃下发酵培养48-72小时，即制得氢气。
本发明提供的使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，还包括采用集气法收集所制得的氢气。
所述的植物秸秆为麦秆、稻秆、玉米秆或高粱秸秆。
所述接入的菌悬液为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135和球形红假单胞菌的混合液体菌悬液时，两者混配的体积比为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135∶球形红假单胞菌＝1∶1。
本发明提供的使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，因其所使用的原料为汽爆植物秸秆，其资源丰富，价格低廉，有效地解决了有机废水资源量有限不能承担生物制氢主要原料的不足，同时还可克服有机废水生物制氢技术中的产气率低，对环境造成二次污染等缺陷。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步描述本发明。
实施例1，使用汽爆玉米秸秆和丙酮丁醇梭状芽孢杆菌液体菌悬液发酵制备氢气，步骤如下(1)将玉米秸秆原料粗切至20-30mm长，装入汽爆罐，于1.5Mpa维压10分钟，瞬间减压释放制得汽爆玉米秸秆原料；
(2)在半固态发酵反应器中，将上述汽爆玉米秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水按重量份配比为汽爆秸秆原料∶玉米粉∶牛肉蛋白胨∶水＝30∶0.5∶0.01∶100进行混配，混配后的pH值为6.8，再按常规蒸汽灭菌方式进行灭菌处理；(3)用厌氧接种针(或注射器)将每升液体菌悬液中含有1克的丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135(Clostridium acetobutylicum)的液体菌悬液接种于上述半固态发酵反应器内；(4)在N2保护下，35℃下培养48小时；即制得氢气；(5)用集气法收集氢气首先将产生的氢气通入含有0.1N的NaOH溶液中，吸收CO2，(并且滴加3～4滴酚酞指示剂，当CO2过量时，会使溶液由粉红色变为无色)，之后，将氢气通入装有饱和食盐水的集气容器中收集氢气。
按常规方法对本实施例的半固态发酵渣进行干燥处理，可直接作为富含菌体蛋白的饲料。
实施例2，使用汽爆麦秆和球形红假单胞菌液体菌悬液发酵制备氢气，其步骤如下(1)将汽爆麦秆原料粗切至20-30mm长，装入汽爆罐，于1.5Mpa维压10分钟，瞬间减压释放制得汽爆麦秆原料；(2)在半固态发酵反应器中，将上述汽爆麦秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水按重量份配比为汽爆秸秆原料∶玉米粉∶牛肉蛋白胨∶水＝40∶0.2∶0.02∶100进行混配，混配后的pH值为7.0，再按常规蒸汽灭菌方式进行灭菌处理；(3)用厌氧接种针(或注射器)，将每升液体菌悬液含有0.8克的球形红假单胞菌(Rhopseudomonas sphaeroldes)液体菌悬液接种于在上述半固态发酵反应器内；(4)在N2保护下，35℃下培养60h；即制得氢气；(5)用集气法收集氢气首先将产生的氢气通入含有0.1N的NaOH溶液中，吸收CO2，(并且滴加3～4滴酚酞指示剂，当CO2过量时，会使溶液由粉红色变为无色)，之后，将氢气通入装有饱和食盐水的集气容器中收集氢气。
按常规方法对本实施例的半固态发酵渣进行干燥处理，可直接作为富含菌体蛋白的饲料。
实施例3，汽爆高粱秸秆和丙酮丁醇梭状芽孢杆菌及球形红假单胞菌混合液体菌悬液发酵制备氢气，其步骤如下(1)将高粱秸秆原料粗切至20-30mm长，再装入汽爆罐，于1.5---1.7Mpa维压8--10分钟，瞬间减压释放即得汽爆高粱秸秆料；(2)在半固态发酵反应器中，将上述汽爆高粱秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水按重量份配比为汽爆高粱秸秆原料∶玉米粉∶牛肉蛋白胨∶水＝20∶0.8∶0.005∶100进行混配，混配后的pH值为7.5，再按常规蒸汽灭菌方式进行灭菌处理；(3)用厌氧接种针(或注射器)将每升液体菌悬液含有0.5克球形红假单胞菌Rhopseudomonas sphaeroldes)和球形红假单胞菌 Rhopseudomonassphaeroldes)的混合液体菌悬液(红假单胞菌液体菌悬液与球形红假单胞菌液体菌悬液的体积比为1∶1)，接种于在半固态发酵反应器内；(4)在N2保护下，35℃下培养72h；即制得氢气；(5)用集气法收集氢气首先将产生的氢气通入含有0.1N的NaOH溶液中，吸收CO2，(并且滴加3～4滴酚酞指示剂，当CO2过量时，会使溶液由粉红色变为无色)，之后，将氢气通入装有饱和食盐水的集气容器中收集氢气。
按常规方法对本实施例的半固态发酵渣进行干燥处理，可直接作为富含菌体蛋白的饲料。
权利要求
1.一种使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，以汽爆植物秸秆为原料，所述汽爆植物秸秆原料为将植物秸秆粗切至20-30mm长，装入汽爆罐中，在1.5Mpa下，维压10分钟，然后瞬间减压释放所制得的粉状汽爆植物秸秆料；其特征在于，制氢步骤为1)备半固态发酵用培养基在半固态发酵反应器中，将汽爆植物秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水按比例进行均匀混配，制得半固态发酵用培养基；所述汽爆植物秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水的重量份配比为汽爆植物秸秆原料玉米粉∶牛肉蛋白胨∶水＝20-40∶0.2-0.8∶0.005-0.02∶100，混配后的pH值为6.8-7.5；2)对制得的半固态发酵用培养基进行灭菌处理；3)菌悬液接种将每升液体菌悬液中含有0.5-1克丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135或/和球形红假单胞菌的液体菌悬液接种于上述半固态发酵反应器中；4)发酵处理制得氢气在N2保护下，在35℃下发酵培养48-72小时，即制得氢气。
2.按利要求1所述的使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，其特征在于，还包括采用集气法收集所制得的氢气。
3.按权利要求1所述的使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，其特征在于，所述的植物秸秆为麦秆、稻秆、玉米秆或高粱秸秆。
4.按权利要求1所述的使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法，其特征在于，所述接入的菌悬液为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135和球形红假单胞菌的混合液体菌悬液时，两者混配的体积比为丙酮丁醇梭状芽孢杆菌AS1.135∶球形红假单胞菌＝1∶1。
全文摘要
本发明涉及的汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法在半固态发酵反应器中，将汽爆秸秆原料、玉米粉、牛肉蛋白胨和水按比例均匀混配，并依次进行灭菌处理、菌悬液接种及发酵处理，制得氢气；该方法还包括采用集气法收集所制得的氢气；本发明因其所使用的原料为汽爆植物秸秆，其资源丰富，价格低廉，有效地解决了有机废水资源量有限不能承担生物制氢主要原料的不足，同时还可克服有机废水生物制氢技术中的产气率低，对环境造成二次污染等缺陷。
文档编号C12P3/00GK1500879SQ0214868
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月15日 优先权日2002年11月15日
发明者陈洪章, 李佐虎 申请人:中国科学院过程工程研究所