本发明涉及生物质领域，尤其是一种植物纤维素发酵制氢的工艺。
背景技术：
植物纤维素类生物质包括农作物秸秆如玉米秸秆、高粱杆、稻草、麦秸、棉杆、豆秸秆等，林业废料，如锯末、木屑等，还有不少城市的纤维性废渣，以及一些典型能源草，如荻、芦竹、杂交狼尾草和柳枝稷等。我国每年可供利用的农作物秸秆达6～7亿吨，相当于2.3亿多吨标准煤。目前这些生物质资源中，有16～38％是作为垃圾处理，其余部分的利用率也是极低。如秸秆焚烧，热效率仅为10％，不仅能量利用效率低，而且燃烧产生的二氧化碳，加剧了温室效应。
植物纤维素发酵制氢是解决上述问题的一条很好的途径，由于氢气不仅燃烧时只产生水，热量价值高，同等质量的氢燃烧所释放得热量是汽油的3倍，而且可以用作燃料电池发电的高效原料。将这些农作物秸秆利用厌氧发酵制氢，不仅可以大大提高能源利用效率，而且可以大大减少co2排放。因此采取植物纤维素发酵制氢，既经济又环保的能源利用方式，理应成为我国广大农村地区未来能源利用的终点发展方向。但是，目前植物纤维素制氢工艺的产氢效率差，不利于快速和高量产氢。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种植物纤维素发酵制氢的工艺，能够提高产气量。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种植物纤维素发酵制氢的工艺，包括以下步骤：
将农作物秸秆用搅拌机磨碎，再经30～50目过筛，加入到加料池中酶解糖化，制成反应液；所述反应液由所述加料泵进入循环池内，并由所述循环池经交换器进入反应器内；所述反应器内加有阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌，控制反应温度为34～36℃，ph值为5～7，搅拌速度为150～180rpm，搅拌10～12h后在34～36℃恒温培养72～80h；产生的氢气经所述交换器进入气体收集器内。
优选地，酶解糖化过程具体为粉碎的农作物秸秆加入到ph为2～4的醋酸溶液中，在40～60℃下搅拌2～3h；再加入纤维素酶，在40～50℃下反应40～50h，得到反应液。
优选地，所述纤维素酶与所述农作物秸秆的质量比为(0.8～1.2):100。
优选地，所述反应器底部设置有出液口，所述出液口设置的第一管道通过循环泵与所述循环池连接。
优选地，所述反应器内上方设置有进液箱，所述进液箱底部设置有滤网，所述进液箱一侧设置有出口，所述出口的第二管道与所述交换器连通；所述交换器顶部设置有第三管道，所述第三管道与所述气体收集器连通；。
优选地，所述循环池与所述交换器之间的第四管道、所述第二管道上均设置有阀门。
优选地，所述反应器的外壁上设置有水套，所述水套与恒温水浴装置联通。
优选地，所述阴沟肠杆菌和所述弗式柠檬酸杆菌的总质量与所述农作物秸秆的质量比为(0.1～0.2)：100。
本发明提供的一种植物纤维素发酵制氢的工艺，利用丰富的农作物秸秆进行粉碎预处理后，再经过纤维素酶的水解糖化作用，便能够获得阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌所能利用的葡萄糖等物质，提高氢气产量和速率，使制氢成本大大降低，并且利用了秸秆等农业废弃物，实现了能源产出和废弃物利用的双重目标，降低了光合产氢的成本。
附图说明
图1为植物纤维素发酵制氢系统图。
图中：
1、加料池；2、加料泵；3、循环泵；4、交换器；5、反应器；6、气体收集器；7、水套；8、恒温水浴装置；9、循环池；10、阀门。
具体实施方式
结合图1，本发明提供的一种植物纤维素发酵制氢的工艺，包括以下步骤：
将农作物秸秆用搅拌机磨碎，再经30～50目过筛，加入到加料池1中酶解糖化，制成反应液；所述反应液由所述加料泵2进入循环池9内，并由所述循环池9经交换器4进入反应器5内；所述反应器5内加有阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌，控制反应温度为34～36℃，ph值为5～7，搅拌速度为150～180rpm，搅拌10～12h后在34～36℃恒温培养72～80h；产生的氢气经所述交换器4进入气体收集器6内。
上述技术方案中，利用丰富的农作物秸秆进行粉碎预处理后，再经过纤维素酶的水解糖化作用，便能够获得阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌所能利用的葡萄糖等物质，提高氢气产量和速率，使制氢成本大大降低，并且利用了秸秆等农业废弃物，实现了能源产出和废弃物利用的双重目标，降低了光合产氢的成本。
将农作物秸秆用搅拌机磨碎，再经30～50目过筛，加入到加料池1中酶解糖化，制成反应液。先将农作物秸秆制成反应液，能够降低农作物秸秆中纤维素的结晶度，进而提高酶解的结合率，避免碳水化合物的降解损失及产生对水解及发酵过程起抑制作用的副产品。在本发明的实施例中，为了将粉碎的农作物秸秆完全溶解，酶解糖化过程具体为粉碎的农作物秸秆加入到ph为2～4的醋酸溶液中，在40～60℃下搅拌2～3h；再加入纤维素酶，在40～50℃下反应40～50h，得到反应液。
在本发明的实施例中，为了将农作物秸秆中的纤维素分解成寡糖或单糖，提高制氢速率和产量，纤维素酶与农作物秸秆的质量比为(0.8～1.2):100。
反应液由加料泵2进入循环池9内，并由循环池9经交换器4进入反应器5内。在本发明的实施例中，加料泵2分别与加料池1顶部、循环池9顶部连通，便于反应液进入循环池9内；循环池9顶部与交换器4底部通过第四管道连通，从而便于反应液进入反应器5内。
在本发明的实施例中，为了便于对反应器5中的反应液更新，反应器5底部设置有出液口，出液口设置的第一管道通过循环泵3与循环池9连接。
反应器5内加有阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌，控制反应温度为34～36℃，ph值为5～7，搅拌速度为150～180rpm，搅拌10～12h后在34～36℃恒温培养72～80h；产生的氢气经交换器4进入气体收集器6内。选用阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌能够提高纤维素的分解率，进而提高氢气产量和速率。在本发明的实施例中，阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌的总质量与农作物秸秆的质量比为
(0.1～0.2)：100；在其他实施例中，阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌的质量比为(0.6～0.8)：(1.2～1.5)。
为了便于控制反应器5内溶液的温度，在本发明的实施例中，反应器5的外壁上设置有水套7，水套7与恒温水浴装置8连通。
在本发明的实施例中，为了便于对反应液进行过滤，提高制氢效率和氢气产量，反应器5内上方设置有进液箱，进液箱底部设置有滤网，进液箱一侧设置有出口，出口的第二管道与交换器4连通；交换器4顶部设置有第三管道，第三管道与气体收集器6连通。
其中循环池9与交换器4之间的第四管道、第二管道上均设置有阀门10。
结合图1，在本发明中，第二管道与第四管道上的阀门10在打开的情况下，加料池1内反应液由加料泵2经循环池9、交换器4进入反应器5内，反应器5内制得的氢气经交换器4收集到气体收集器6内；反应器5内的反应物质消耗差不多时，需要将反应器5的物质进行更新，此时关闭第二管道和第四管道的阀门10，打开循环泵3，循环泵3将反应器5内的液体经循环池9流入加料池1，再重新进行农作物秸秆的酶解糖化。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的植物纤维素发酵制氢的工艺进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将500g农作物秸秆用搅拌机磨碎，再50目过筛，加入到加料池1中酶解糖化，酶解糖化过程具体为粉碎的农作物秸秆加入到ph为3的醋酸溶液中，在60℃下搅拌2h；再加入纤维素酶，在40℃下反应50h，得到反应液；纤维素酶与农作物秸秆的质量比为1.2:100
反应液由加料泵2进入循环池9内，并由循环池9经交换器4进入反应器5内；反应器5内加有阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌，控制反应温度为36℃，ph值为6，搅拌速度为160rpm，搅拌10h后在35℃恒温培养76h；产生的氢气经交换器4进入气体收集器6内；阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌的总质量与农作物秸秆的质量比为0.15：100。
实施例2
将500g农作物秸秆用搅拌机磨碎，再经40目过筛，加入到加料池1中酶解糖化，酶解糖化过程具体为粉碎的农作物秸秆加入到ph为2的醋酸溶液中，在50℃下搅拌3h；再加入纤维素酶，在50℃下反应40h，得到反应液；纤维素酶与农作物秸秆的质量比为0.8:100
反应液由加料泵2进入循环池9内，并由循环池9经交换器4进入反应器5内；反应器5内加有阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌，控制反应温度为34℃，ph值为5，搅拌速度为150rpm，搅拌12h后在34℃恒温培养80h；产生的氢气经交换器4进入气体收集器6内；阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌的总质量与农作物秸秆的质量比为0.1：100。
实施例3
将500g农作物秸秆用搅拌机磨碎，再经30目过筛，加入到加料池1中酶解糖化，酶解糖化过程具体为粉碎的农作物秸秆加入到ph为4的醋酸溶液中，在40℃下搅拌2.5h；再加入纤维素酶，在45℃下反应45h，得到反应液；纤维素酶与农作物秸秆的质量比为1:100
反应液由加料泵2进入循环池9内，并由循环池9经交换器4进入反应器5内；反应器5内加有阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌，控制反应温度为35℃，ph值为7，搅拌速度为180rpm，搅拌11h后在36℃恒温培养72h；产生的氢气经交换器4进入气体收集器6内；阴沟肠杆菌和弗式柠檬酸杆菌的总质量与农作物秸秆的质量比为0.2：100。
测试实施例1～3的最大产气速率，结果见表1：
表1产气量的实验结果
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。