1 绪论 1
1.1 氢能 1
1.2 制氢技术的分类及特点 2
1.3 光合生物制氢工艺技术研究进展 7
1.3.1 光合生物制氢菌种选育技术 7
1.3.2 光合生物制氢原料预处理技术 15
1.3.3 光合生物制氢工艺过程 20
1.4 光合制氢生物反应器的研究进展 21
1.4.1 光合生物制氢反应器的主要结构形式 21
1.4.2 光合细菌制氢反应器光源的选择 29
1.4.3 光合细菌制氢反应器材料的选择 30
1.4.4 光合生物制氢反应器存在的主要问题 30
1.5 光合生物制氢过程研究的重要性 32
主要参考文献 33
2 光合产氢细菌选育技术 42
2.1 高效光合产氢细菌的富集与筛选 42
2.1.1 菌种富集与筛选的试验设计 43
2.1.2 光合产氢细菌混合菌群的培养基优化 47
2.1.3 光合产氢细菌混合菌群的富集与筛选 48
2.1.4 光合产氢细菌混合菌群的分离鉴定 50
2.1.5 光合产氢细菌混合菌群的产氢特性 67
2.1.6 小结 70
2.2 光合产氢细菌菌群特性研究 71
2.2.1 光合细菌生长性能的研究 71
2.2.2 基于连续制氢的产氢光合细菌相关特性研究 85
2.2.3 连续制氢工艺中光合细菌菌落特性的研究 95
2.2.4 利用猪粪的连续产氢工艺中光合细菌菌落特性研究 105
2.3 光合产氢细菌的生长动力学特性研究 111
2.3.1 光合产氢细菌培养工艺的单因素优化 112
2.3.2 光合产氢细菌培养工艺的多因素优化 119
2.3.3 光合产氢菌群生长动力学模型的构建 122
2.3.4 小结 125
2.4 光合产氢细菌连续培养系统及装置研究 125
2.4.1 活塞流循环连续光合细菌培养模式构建 125
2.4.2 辅光式光合细菌连续培养系统研究 139
2.4.3 小结 148
主要参考文献 150
3 光合生物制氢产氢工艺技术研究 153
3.1 产氢基质对光合生物制氢过程的影响 153
3.1.1 碳源对光合细菌生长和产氢过程的影响 153
3.1.2 氮源对光合细菌生长和产氢过程的影响 160
3.1.3 以葡萄糖为产氢基质的光合生物制氢过程研究 167
3.1.4 以超微粉碎高粱秸秆酶解料液为产氢基质的光合生物制氢过程研究 179
3.1.5 小结 194
3.2 光源对光合生物制氢过程的影响 195
3.2.1 光合产氢菌群活细胞吸收光谱的研究 196
3.2.2 不同光源对光合细菌生长和产氢的影响 198
3.2.3 不同光源对光合产氢菌群产氢特性影响的均匀设计试验 208
3.2.4 小结 212
3.3 金属离子对光合生物制氢过程的影响 213
3.3.1 铁离子对光合细菌产氢过程的影响 214
3.3.2 镍离子对光合细菌产氢过程的影响 216
3.3.3 锌离子对光合细菌产氢过程的影响 218
3.3.4 光合生物制氢过程中金属离子添加量的正交试验优化 220
3.3.5 小结 220
3.4 反应器形态及操作方式对光合生物制氢过程的影响 220
3.4.1 光合细菌生产菌种连续培养装置及运行性能 221
3.4.2 不同搅拌方式及水力停留时间对光合生物制氢过程的影响 233
3.4.3 小结 249
3.5 本章总结 250
主要参考文献 250
4 光合生物制氢原料预处理技术 253
4.1 秸秆与粪便预混预处理技术 253
4.1.1 不同因素对预混预处理效果的影响 254
4.1.2 基于响应面法的预混预处理技术优化 256
4.2 秸秆类生物质微生物预处理技术 265
4.2.1 单菌种微生物预处理技术 267
4.2.2 双菌种微生物预处理技术 272
4.2.3 多菌种微生物预处理技术 278
4.3 秸秆类生物质的超微化粉碎预处理技术 281
4.3.1 超微预处理工艺的单因素实验优化 282
4.3.2 超微预处理工艺的多因素实验优化 285
4.3.3 小结 286
4.4 秸秆类生物质球磨粉碎及酶解糖化耦合预处理技术 287
4.4.1 不同球磨时间高粱秸秆的酶解反应速率变化 288
4.4.2 不同粉碎时间高粱秸秆粉体的酶解动力学参数 291
4.4.3 几种反应因素对酶解糖化效果的影响 293
4.4.4 高粱秸秆酶解反应工艺的响应面法试验优化 296
4.4.5 纤维素酶回收利用技术研究 302
4.4.6 小结 305
4.5 秸秆类生物质原料的乙酸预处理技术 306
4.5.1 乙酸预处理工艺的单因素优化 307
4.5.2 乙酸预处理工艺的多因素试验优化 312
4.5.3 小结 317
4.6 本章总结 318
主要参考文献 318
5 光合生物制氢反应器及系统研究 320
5.1 环流罐式光合生物制氢反应器 320
5.1.1 环流罐式光合生物制氢反应器设计思路 320
5.1.2 环流罐式光合生物制氢反应器主体设计过程 322
5.1.3 环流罐式光合生物制氢反应器运行模式 326
5.1.4 基质的输送及反应液的混合特性研究 326
5.1.5 生化反应器光能采集传输系统设计 331
5.1.6 环流罐式反应器温控系统的设计 334
5.1.7 环流罐式光合生物制氢反应器的运行试验 339
5.1.8 小结 347
5.2 太阳能光合生物连续制氢装置研究 348
5.2.1 太阳光聚焦传输系统研究 349
5.2.2 利用畜禽粪便污水的太阳能光合生物连续制氢系统结构设计 363
5.2.3 光合生物制氢系统的传光性能 366
5.2.4 小结 371
5.3 太阳能光合细菌连续制氢系统研制 372
5.3.1 光合细菌连续制氢系统设计的指导思想及设计方案 372
5.3.2 光源选择及聚光传输系统设计 376
5.3.3 光合细菌连续制氢系统反应器及辅助单元设计 386
5.3.4 消泡剂的添加对光合细菌连续制氢系统运行的影响 401
5.3.5 光合细菌连续制氢系统的启动特性研究 404
5.3.6 以葡萄糖合成底物为原料时系统运行特性研究 414
5.3.7 连续制氢系统最适粪便污水产氢底物的选择 427
5.3.8 光合细菌连续制氢试验系统以牛粪为原料的产氢运行特性 430
5.3.9 小结 436
5.4 太阳能光合生物连续产氢自控系统研究 438
5.4.1 太阳能光合生物连续产氢自控系统组成及其工作原理 438
5.4.2 太阳能光合生物连续产氢过程自动控制系统的特性 440
5.4.3 太阳能光合生物连续产氢自控系统的设计要求 441
5.4.4 太阳能光合生物连续产氢温度控制系统的研发 442
5.4.5 太阳能光合生物连续产氢pH控制系统的研发 452
5.4.6 太阳能光合生物连续产氢流量控制系统的研发 461
5.4.7 太阳能光合生物连续产氢供光单元控制系统设计 468
5.4.8 太阳能光合生物连续产氢系统太阳能利用单元部分的参数确定 471
5.4.9 太阳能光合生物连续产氢总体控制系统设计 473
5.4.10 太阳能光合生物连续产氢自控系统优化设计 481
5.4.11 太阳能光合生物连续产氢自控系统运行试验 482
5.4.12 产氢系统整体系统的运行 499
5.4.13 小结 501
5.5 本章总结 502
主要参考文献 505