[发明专利]一种利用纤维素作为原料制取氢气的方法

权利要求书

1.一种利用纤维素类生物质制取氢气的方法，所述方法包含如下步骤：

(1)微波碱消解：对纤维素类生物质进行烘干粉碎，随后加入稀碱溶液，在微波加热消解仪中进行微波加热辅助碱消解；

(2)酶水解：利用纤维素酶对经步骤(1)消解后的纤维素进行水解，获得含有可发酵的还原糖的水解后纤维素；

(3)暗发酵产氢：在暗发酵反应器中加入步骤(2)获得的溶液，接入暗发酵产氢菌种和暗发酵培养基进行暗发酵，将气相产物导出；

(4)光发酵产氢：将步骤(3)得到的暗发酵尾液沉淀、离心后，作为光发酵产氢的底物，接入光发酵产氢菌种和光发酵培养基进行光发酵，将气相产物导出；

(5)纯化：将步骤(3)和步骤(4)的气相产物合并，并对H₂进行纯化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述纤维素类生物质选自于农作物、野生草本植物的秸秆或富含纤维素的工业废弃物；

优选地，所述农作物的秸秆为玉米、小麦、水稻或甘蔗的秸秆，所述富含纤维素的工业废弃物为玉米芯、甘蔗渣、水葫芦。

3.如权利要求1或2所述的方法，所述步骤(1)具有如下条件中的一个或多个：

所述烘干粉碎后，纤维素类生物质的粒径为≤1mm；

所述稀碱溶液是：浓度为0.1wt％-5.0wt％的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化锰、氢氧化锌、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂溶液或氨水中的一种或多种；

烘干粉碎后的纤维素类生物质的干重与加入的所述稀碱溶液的质量比为1:100～10:100；

所述微波加热辅助碱消解在100～150℃的温度、0.2～0.8MPa的压力下进行5～30分钟；

将所述烘干粉碎后的纤维素类生物质与稀碱溶液混合后立即进行所述微波加压加热辅助碱消解。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在进行步骤(1)的微波碱消解后，将获得的消解液的pH调整至4.0～5.0。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，所述步骤(2)具有如下条件中的一个或多个：

所加入的纤维素酶与纤维素类生物质的干重的质量比为0.5:100.0～5.0:100.0；

酶水解的温度为35～45℃，酶水解的时间为48～96小时。

6.如权利要求1所述的方法，所述步骤(3)具有如下条件中的一个或多个：

所述的暗发酵产氢菌种为选自于由丁酸梭菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、巴氏梭菌、嗜热芽孢杆菌、热纤维梭菌所组成的组中的一种或几种；

所述暗发酵培养基的组成为：4g/L蛋白胨、0.5g/LL-半胱氨酸、4g/LNaCl、0.1g/LMgCl₂、0.1g/LFeCl₂、1.5g/LK₂HPO₄、10mL维生素液、以及10mL微量元素液；其中，所述维生素液的成分为：0.025g/L抗坏血酸、0.02g/L柠檬酸、0.01g/L叶酸、以及0.01g/L对氨基苯甲酸；所述微量元素液的成分为：0.01g/LMnCl₂、0.05g/LZnCl₂、0.01g/LH₃BO₃、0.01g/LCaCl₂以及0.01g/LAlK(SO₄)₂；

所述暗发酵产氢菌种的接种量为：菌种的种子培养液占整个发酵体积的10％(v/v)，并且所述种子培养液中所述菌种种子的浓度不低于2.0g/L；

所述暗发酵的发酵溶液温度为30℃～37℃；

所述暗发酵溶液的pH值为6.0～7.0。

7.如权利要求1所述的方法，其中，在将步骤(3)得到的暗发酵尾液沉淀、离心后，用去离子水稀释2-6倍。

8.如权利要求1所述的方法，所述步骤(4)具有如下条件中的一个或多个：

所述光发酵产氢菌种为选自于红螺菌属、红假单胞菌属或红杆菌属细菌的一种或几种；

所述光发酵产氢菌种为选自于深红红螺菌、沼泽红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、球形红杆菌中的一种或几种；

所述光发酵培养基为：0.5g/LKH₂PO₄、0.6g/LK₂HPO₄、0.2g/LNaCl、0.2g/LMgSO₄、0.05g/LCaCl₂·2H₂O、2.0g/LNaHCO₃、1.87g/L谷氨酸钠、1.0mL维生素液、以及1.0mL微量元素液；其中，所述微量元素液的成分为：2.0g/LEDTA-2Na、2.0g/LFeSO₄·7H₂O、0.1g/LZnCl₂、0.05g/LCu(NO₃)₂·5H₂O、0.1g/LMnCl₂·4H₂O、以及0.02g/LNiCl₂·6H₂O；所述维生素液的成分为：0.1g/L生物素、0.35g/L烟酸、0.2g/L对氨基甲苯、0.1g/L泛酸钙、以及0.05g/L维生素B12；

按照与任选稀释后的暗发酵尾液相等的体积加入光发酵培养基；

所述光发酵产氢菌种的接种量为：菌种的种子培养液占整个发酵体积的10％(v/v)，并且所述种子培养液中所述菌种种子的浓度不低于2.0g/L；

所述光发酵的发酵溶液温度为28℃～35℃；

所述光发酵的pH值为6.0～7.0；

所述光发酵的光照度为2000lux～10000lux。