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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