[发明专利]一种光生物学制氢体系及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供一种光生物学制氢体系及其制备方法以及应用，所述制备方法包括以下步骤：S1：将葡萄糖，葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶，以及一种无机绿藻絮凝剂混合，使得葡萄糖经酶级联反应产生的葡萄糖酸能够与无机绿藻絮凝剂自发反应，形成一种化学‑酶级联反应；以及S2：将所述化学‑酶级联反应引入到绿藻光照培养体系中，使绿藻絮凝形成绿藻聚集体并长期处于厌氧和近中性pH环境，获得一种光生物学制氢体系，所述光生物学制氢体系中氧气和氢气的含量通过气相色谱仪监测。根据本发明，提供了一种简单廉价且长期高效的光生物学制氢体系，解决了厌氧环境难以长期维持和绿藻易损伤的难题，有望推动光生物学制氢应用于大规模商业化氢气制备的发展。

技术领域

本发明涉及光生物学制氢领域，更具体地涉及一种光生物学制氢体系及其制备方法以及应用。

背景技术

随着石油等传统化石能源物质的逐步耗竭及其所带来的全球性的环境污染，亟需发展绿色，环境友好的新能源物质作为替代。近来，氢气作为一种可再生、清洁、高效的能源物质愈发受到关注，但是目前可用于商业化的氢气仍来源于天然气等传统能源物质，其因环境污染和效率低下等问题而备受争议。

光生物学制氢由于其直接利用太阳能作为能量来源，和利用可再生的生物体或生物酶当作催化剂，是一种能够真正意义上实现纯绿色制备，零碳素排放的，最具有前景的氢气制备方法。然而，光生物学制氢中作为催化剂的生物体和生物酶都需要严格的厌氧环境，但目前用于产生厌氧环境的方案不是程序复杂，成本高昂就是作用时间短，生物相容性差，所以导致现有的光生物制氢体系很难大规模商业化应用。因此开发一种简单廉价且长期高效的光生物学制氢体系是实现其大规模商业化应用的关键。

研究表明，葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶组成的酶级联反应能够高效地消耗氧气，并且已经被广泛地应用于食品以及轻工业等商业化领域。绿藻是研究得最为详尽的用于光生物学制氢的全细胞生物催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种光生物学制氢体系及其制备方法以及应用，从而解决现有技术中光生物学制氢体系中厌氧环境难以长期维持和绿藻易损伤的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种光生物学制氢体系的制备方法，包括以下步骤：S1：将葡萄糖，葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶，以及一种无机绿藻絮凝剂混合，使得葡萄糖经酶级联反应产生的葡萄糖酸能够与无机绿藻絮凝剂自发反应，形成一种化学-酶级联反应；以及S2：将所述化学-酶级联反应引入到绿藻光照培养体系中，使绿藻絮凝形成绿藻聚集体并长期处于厌氧和近中性pH环境，获得一种光生物学制氢体系，所述光生物学制氢体系中氧气和氢气的含量通过气相色谱仪监测。

应当理解的是，常规的绿藻光照培养体系均适用于本发明。

优选地，所述无机绿藻絮凝剂包括氢氧化镁，氢氧化钙，氢氧化铁，氢氧化铝，氧化镁，或碳酸钙中的任意一种或至少两种的组合。但是应该理解的是，其它能够与酸反应的，难溶于水的，无机绿藻絮凝剂同样可以用在本发明中。

根据本发明，步骤S1中，优选地，所述葡萄糖与所述无机绿藻絮凝剂摩尔比在1:0.1～1:10之间。实际上，无机绿藻絮凝剂的摩尔量可根据具体的绿藻氢酶的产氢最佳pH进行调整，只要能够确保体系实际pH维持在目标pH，即该产氢最佳pH附近即可。应当知晓的是，绿藻氢酶是指绿藻细胞中存在的一种氢酶，当氢酶被激活后，绿藻就能在进行光合作用的时候产生氢气。

根据本发明，步骤S1中，优选地，所述葡萄糖氧化酶和所述过氧化氢酶的总活力比为1:100～1:10000之间。更优选地，所述葡萄糖氧化酶和所述过氧化氢酶的总活力比为1:500～1:1500之间。最优选地，所述葡萄糖氧化酶和所述过氧化氢酶的总活力比为1:1000。

优选地，步骤S2中，所述绿藻光照培养体系中的绿藻包括：莱茵衣藻，普通小球藻或蛋白核小球藻中的任意一种或至少两种的组合。但是应该理解的是，其它在厌氧环境下可以产生氢气的微生物同样适用于本发明。