PAGEPAGE3新疆農業大學專業文獻綜述題目:棉花秸稈厭氧發酵制氫氣姓名:周強學院:化學工程學院專業:應用化學班級:082班學號:085131218導教師:王建華職稱:講師2010年11月日棉花秸稈厭氧發酵制氫氣作者周強指導老師王建華摘要：近年來，隨著人們對能源的需求劇增，石油價格持續攀升，能源短缺和環境污染問題已對我國經濟的可持續發展帶來嚴峻的挑戰。因此，尋找替代能源、開展可再生能源的研究，對于維護國家的能源戰略安全、減少環境污染具有十分重要的意義。而氫氣是一種高效、清潔、無污染的清潔的可再生能源，在燃燒過程中除生成水外,不產生導致環境惡化的碳基化合物其將是21世紀人類最理想的替代能源。近年來，隨著人們對能源的需求劇增，石油價格持續攀升，能源短缺和環境污染問題已對我國經濟的可持續發展帶來嚴峻的挑戰。因此，尋找替代能源、開展可再生能源的研究，對于維護國家的能源戰略安全、減少環境污染具有十分重要的意義。本文以天然河底污水處理廠污泥為厭氧產氫微生物來源，以棉花秸稈為發酵底物制備氫氣，考察了底物的預處理和酶解對底物產氫能力的影響重點研究對底物的預處理、反應溫度和酶解時間對底物產氫能力的影響，溫度，酸度對產氫能力的影響。關鍵詞:生物制氫;厭氧發酵;棉花秸稈;發展前景CottonstalkanaerobicfermentationforhydrogenAuthorZhouqiangQiangTutorWangjianJianhuaAbstract:Hydrogenisacleanrenewableenergy.IntheproccessprocessofbumingbummingitonlyproducesWaterwithoutcarbon-basedemissionsthatcontributetoenvironmentalpollutionandclimateChange.Currently,withthemorerequirementrequirementstoenergyandtheincreasingpriceofpetrolenmpetroleumtheproblemofenergyshortageandenvironmentalpollutionbringschallagechallengestosustainabledevelopmentofournationeconomy.So,itisverysingificativetofindsomenewsubstitutedeneryenergytodevelopthestudyofrenewableenergyforprotectingthesecurityofenergystrategyandreducingtheenvironmentalpollution.Inthisprocess,process,mico-organismsdegradeorganicwastestoproducehydrogen.hydrogen.Itreachestwoaims:gettingridofwastesandprotectingenvironment.Soitmusthaveagoodfuture.Thehydrogenproductionofcottonstalkwasteswassysematicallysystematicallyinvestigaedinvestigatedthroughanacrobicanaerobicfermentationbyusingthenaturalsludgeasinoculantinoculants.Theeffectsofpretreatment,Studypretreatment,Studyofsubstratepretreatmentandenzymatichyrolysishydrolysesonthehydrogenproductioncapacityinfluence.temperatureinfluence.,acidityTemperature,acidityonhydrogenproductioncapacityinfluence.KeyWordswords:bio-hydrogenproductionanaerobicfermentationcottonstalkdevelopment.【前言】能源是人類賴以生存和進行物質生產的重要物質基礎，是地球演化及萬物進化的動力，對其開發和使用推動著人類文明的發展。能源科學技術的每一次突破，都帶來社會發展和生產力的巨大飛躍。通過人類的發展歷史可以看到:世界能源結構的轉變經歷了由煤炭替代木柴、由石油和天然氣代替煤炭的轉變。許多國家依靠充足而廉價的石油實現了經濟的高速度增長。僅50年代和60年代，世界石油消費量每10年就增長1倍還多?？梢哉f，石油帶來了世界經濟的繁榮，也帶來了現代文明。目前，人類所使用的商品能源中，95%是化石能源。在能量消耗中比重最大的是石油，約占能源消耗總量的45%，煤炭約占30%，天然氣約占21%。而這些礦物燃料都是不可再生的能源，在地球上的儲量是有限的。世界煤炭儲量估計約為10萬億噸，據目前開采速度大約可以維持400年;世界石油總儲量約3000億噸，其中探明儲量1240億噸，以1989年的開采水平可維持40年，即使地球上總儲量全部被開采，也維持不了七、八十年。世界天然氣儲量發展中國家和工業化國家各占一半，因為發展中國家生產力水平低，其儲量和產量比為9年，而工業化國家僅為39年。同時，隨著有限儲量的化石燃料(煤炭、石油和天然氣)的減少、能源需求的不斷增長、，化石燃料燃燒(生成二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等)造成的環境污染、溫室效應和酸雨，使21世紀的能源面臨巨大挑戰世紀的人類面臨巨大挑戰。面對著嚴峻的能源危機與環境污染，促使社會、經濟、社會和環境協調發展，實施可持續發展戰略己經形成共識。因而，開發利用新能源的開發和利用，以替代非再生能源，已成當今世界迫切和現實的研究課題之一。許多國家正加緊研究開發、利用太陽能、風能、海洋能、地熱能、生物質能和氫能等代替能源?！敬硕沃攸c介紹氫能的重要性】研究的意義國家重點基礎研究發展規劃項目氫能領域首席科學家、清華大學毛宗強指出:從發展趨勢看，未來經濟一定是一種節能型、清潔型經濟，盡量使用有利于環保和人民身心健康的能源。因此，新型替代型清潔能源的開發與利用，以替代非再生能源，是當今世界最迫切和現實的研究課題之一?？稍偕茉吹拈_發己引起人們的廣泛重視，科學家們紛紛將目光投向可再生性資源的開發和利用。目前，許多國家正在致力于研究開發太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能和氫能等新能源。在諸多新能源中，氫能作為一種理想的清潔能源而倍受科學家的關注。這是因為氫具有許多突出優點：1、氫是宇宙中最豐富的元素，宇宙中75%的質量由氫元素構成，取之不竭，用之不盡。2、燃燒值高，氫是周期表中最輕的元素，與其它物質相比，具有最高的能量比，達到34.15kacl/g;而汽油僅13kcal/g，噴氣飛機用燃料為12.15kcal/g，煤的僅為4.837keal/g。3、清潔無污染，氫氣燃燒時不產生溫室氣體和其它對人體有害的物質，氫氧結合的燃燒產物是最純凈的物質—水，不會對環境產生任何污染，遠比化石燃料潔凈。近年來激發人們對氫能新的興趣和討論的一個重要因素是環境保護的需要。首先美國加州規定了使用零排放汽車(ZEV)，2003年10%售出的車必須是ZEV。另外一個與此有關的事件是工業化國家簽訂了日本京都協議。按照這個國際條約，在2008~2012年工業化國家的溫室氣體排放要比1990年的水平降低5.2%。4、化學簡單性。它在快速釋放能量時，破壞和形成的鍵相對來說很少，具有高的反應速率常數和較快的電極過程動力學，可以用電化學方法釋放它的能量。氫在鉑電極上放電時的交換電流密度達lma/cm2，氫-空氣(氧)高效燃料電池的原理就是基于這一點。這種燃料電池可以達到數百ma/cm2擴的電流密度，或者100W/kg級的比功率，為燃料電池驅動的電動車打下了技術基礎。燃料電池車的燃料利用率可以達到40~50%，這比內燃機車的要高50%。5、應用范圍廣。氫不但是一種優質燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精煉需要氫，如烴的增氫、煤的氣化、重油的精煉等;化工中制氨、制甲醇也需要氫。，氫還用來還原鐵礦石。用氫制成燃料電池可直接發電采用燃料電池和氫氣一蒸汽聯合循環發電，其能量轉換效率將遠高于現有的火電廠?？傊?，氫能將勢不可擋地進入社會生活的各個領域。因此，氫氣作為潔凈高效和可以再生的二次能源而倍受關注。人們預言氫氣將成為本世紀最理想的清潔綠色能源，是化石燃料極富前途的替代品。隨著制氫技術的進步和貯氫手段的完善，氫能將在21世紀的能源舞臺上大展風采。[重點介紹發酵制氫的研究現狀，主要最近幾年我國哪些組在生物厭氧發酵方面取得和成果以及國外在該領域取得的成果，最后一段介紹一下本實驗有何特色以及優勢]發酵法制氫技術許多專性厭氧和兼性厭氧微生物，如丁酸梭狀芽抱桿菌、拜式梭狀芽抱桿菌、大腸埃希式桿菌、產氣腸桿菌、褐球固氮菌等，能利用多種底物在氮化酶或氫化酶的作用下將底物分解制取氫氣。發酵生物制氫的適用范圍極為廣泛，可利用各種廢棄生物質生產清潔的氫能源，如:甲酸、丙酮酸、CO和各種短鏈脂肪酸等有機物、淀粉纖維素等糖類。這些物質廣泛存在于工農業生產的污水和廢棄物中。在厭氧菌發酵研究中，大多數的研究都著眼于純菌種及細胞固定化技術，如產氫菌種的篩選及包埋劑的選擇。人們用某些微生物載體或包埋劑，對細菌固定技術復雜，且不易選擇合適的包埋劑;利用純菌種和固定技術的生物制氫方法，發酵條件要求嚴格，純菌種的分離和提純技術條件苛刻且不易批量獲得，純菌種分離成本昂貴，所以只適合于實驗室研究;小型試驗易取得瞬間最高產氫率，要長期運行并連續生物產氫、保持較高的產氫量和氫濃度，技術難度高很難取得突破。上述原因限制了該項制氫技術的應有和規?；a。發酵法制氫底物的研究現狀目前，生物制氫技術所用底物主要是簡單的碳水化合物(如糖和淀粉等)及含簡單碳水化合物的廢水或廢棄物。盡管一些研究小組用厭氧發酵法成功地將一些成分比較復雜的有機固體廢棄物(如土豆淀粉渣、麥鼓、食物廢棄物、市政有機固體廢棄物等)轉化為氫氣，但產氫效率不佳。而對于纖維素類難生物降解的生物質，例如酒糟、農作物秸稈(玉米稈、麥秸稈和稻草等)等，迄今國內外有其生物制氫的報道很少。這是由于用傳統的發酵方法直接以這類生物質為底物進行生物制氫，幾乎不能產氫，或者氫的轉化效率和產氫速率極低。4.研究目標和發展前景主要的研究目標是利用棉花秸稈進行厭氧發酵的產氫能力，通過改變不同的預處理方法和酶解條件，使得玉米秸稈厭氧發酵產氫達到了高效、可行的效果。在發酵條件方面，設計了正交實驗，以累積產氫量為評價標準，初步分析了影響玉米秸稈產氫發酵的重要影響因素，以期能為玉米秸稈的發酵制氫提供一定的基礎參考數據和經驗。利用農作廢棄物秸桿成本低，我國玉米分布區域很廣，華北地區新疆長江下游濱海、沿江平原；冀中南、魯西北、豫北平原，黃淮平原。玉米秸稈是大宗的農作物廢料，也是具有巨大潛力的再生資源，尤其是作為再生能源受到廣泛的重視，但目前除一部分用作反當動物的飼料外，大部分未被利用。因此，用玉米秸桿來轉化為可利用的能源具有重大的意義和廣闊的前景。參考文獻：.李文華、楊修編著，環境與發展，科學技術出版社(1994)王毅波.21世紀理想的能源一氫能.能源研究與信息.2003，19(:2)63-68USDepartmentofEnergy.GuidetoAltermativeFuelVehicleIncentivesandLawa[A].CleanCitiesProgram[Z],1996HoffimannP.liquidhydrogenpowersthirdEQHHPPdemostrationbus.Hydrogena