(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211152033.9 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 河南农业大 学 地址 450002 河南省郑州市金 水区文化路 95号 (72)发明人 路朝阳　王广涛　张全国　梁小玉　 张志萍　岳建芝　荆艳艳　张寰　 蒋丹萍　李亚猛　张洋　张甜　 (74)专利代理 机构 郑州联科专利事务所(普通 合伙) 41104 专利代理师 张晓萍 (51)Int.Cl. C12P 3/00(2006.01) C12N 1/20(2006.01) C12R 1/01(2006.01) (54)发明名称 一种利用生物质进行生物制氢的方法 (57)摘要 本发明属于微生物发酵生物制氢技术领域， 具体涉及一种利用生物质进行生物制氢的方法。 本发明的方法步骤包括生物质的预处理、 活化 HAU‑M1光合菌群、 制备发酵混合液、 HAU ‑M1光合 菌群光合产氢等步骤， 本发明通过以生物质为底 物进行生物制氢， 利用降解后的糖类物质提高 HAU‑M1光合菌群产氢效率。 本发明通过设计不同 的初始pH值、 底物浓度， 以及生物质与纤维素酶 的质量比， 选择出最优的配比， 得到最优的产氢 条件。 本发明的工艺方法设计合理、 步骤清晰、 简 单易行， 能够实现HAU ‑M1光合菌群充分利用生物 质进行光发酵制氢， 且具有良好的产氢效率。 权利要求书1页 说明书12页 附图7页 CN 115323006 A 2022.11.11 CN 115323006 A 1.一种利用生物质进行生物制氢的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： （1） 生物质的预处 理： 将生物质干燥后， 粉碎至 颗粒状， 备用； （2） 活化HAU ‑M1光合菌群， 得到 HAU‑M1菌液； （3） 制备发酵混合液： 将生物质、 纤维素酶、 产氢培养基添加至缓冲液中， 得到发酵混合 液； （4） HAU‑M1光合菌群光合产氢： 将步骤 （3） 中发酵混合液的pH值调整为5 ‑8， 然后添加 HAU‑M1菌液， 摇匀， 密封， 保持厌氧环境， 进行光照培 养产氢， 集气并测定产氢量； 所述生物质为芒草或者小叶女贞； 所用的HAU ‑M1光合菌群由深红红螺菌、 荚膜红假单胞菌、 沼泽红假单胞菌、 类球红细 菌、 荚膜红细菌组成。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤 （3） 中产氢培养基的组成为， NaCl  2 g/ L， NH4Cl 0.4 g/L ， 酵母膏 0.1 g/L ， MgCl2 0.2 g/L， K2HPO4 0.5 g/L， 谷氨酸钠  3.5 g/ L。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 当采用芒草作为生物质进行生物制氢时， 步 骤 （3） 发酵混合液中芒草的浓度为 （3 ‑45） g/L； 当采用小叶女贞作为生物质进行生物制氢 时， 步骤 （3） 发酵混合液中小叶女贞的浓度为 （2.5 ‑45） g/L。 4.如权利 要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤 （3） 中生物质与纤维素酶的质量比为 （6 ‑ 60） ： 1。 5.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤 （4） 中， 当采用芒草作为生物质进行生物 制氢时， 调节发酵混合液的pH为6 ‑8； 当采用小叶女贞作为生物质进行生物制氢时， 调节发 酵混合液的pH为5 ‑7。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤 （4） 中， 当采用芒草作为生物质进行生物 制氢时， 发酵混合液的体积与HAU ‑M1菌液的体积比为 （3 ‑7.5） ： 1； 当采用小叶女贞作为生物 质进行生物制氢时， 发酵混合液的体积与HAU ‑M1菌液的体积比为 （3 ‑8.75） ： 1。 7.如权利 要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤 （4） 使用的HAU ‑M1光合菌群菌液中， 深红 红螺菌菌液、 荚膜红假单胞菌菌液、 沼泽红假单胞菌菌液、 类球红细菌菌液与荚膜红细菌菌 液的体积比分别为27： 25： 28： 9： 11； 深红红螺菌菌液中活菌数为12.0 ×108 个/mL， 荚膜红假 单胞菌为11.0 ×108 个/mL， 沼泽红假单胞菌为12.5 ×108 个/mL， 类球红细菌为4.0 ×108  个/mL， 荚膜红细菌为5.0 ×108 个/mL。 8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤 （4） 中， 当采用芒草作为生物质进行生物 制氢时， 光照培养产氢的条件为在光照度2000 ‑4000 Lux、 30‑32 ℃条件下连续厌氧培养12 ~120 h； 当采用小叶女贞作为生物质进行生物制氢时， 光照培养产氢的条件为在光照度 2000‑4000 Lux、 30‑32 ℃条件下 连续厌氧培 养12~84h。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115323006 A 2一种利用生物质进行生物制氢的方 法 技术领域 [0001]本发明属于微生物发酵生物制氢技术领域， 具体涉及一种利用生物质进行生物制 氢的方法。 背景技术 [0002]现阶段， 能源的利用和开发已成为越来越多国家密切 关注的问题。 研发和探寻无 污染、 资源量大、 可再生的新能源一直是研究 的重点。 虽然， 诸如风能、 太阳能、 地热能、 水能 等能源较为常见， 但是我们对于这些清洁能源的开发利用都还处于初步实验阶段， 没有得 到广泛的应用。 除了上述几种能源以外， 氢气也被誉为最理想的清洁能源， 而 备受人们的关 注。 [0003]氢气能源不像太阳能、 地热能等可以直接获得并利用， 往往需要从一次能源中提 取出来， 才能被利用。 虽然 氢气的获取比一次能源稍微困难， 但是它有非常多一次能源所不 具有的优点。 首先， 氢能使用后的产物是水， 不会对环境造成什么危害， 并且其产生的水还 能参加产生氢气的化学反应， 从而实现了资源的循环利用。 [0004]现有技术中， 获取氢气方法包括电解水产氢、 甲烷制 氢、 转化水煤气获取氢气等， 这些方法操作性比较低， 成本也很高， 因此不能大规模在现实生活的产氢。 而生物制氢 因其 低成本、 能源可以回收率高的特点在众多制氢 方法中脱颖而出。 [0005]生物制氢技术主要包括微生物光解水、 光发酵、 暗发酵、 光暗联合发酵等方法， 不 同的方法有不同的特点， 其中， 光合生物制氢技术的反应条件需求低、 反应速度也比较快等 优点备受关注， 被称为最有发展潜力的制氢方法之一。 暗发酵制氢是指在不需光照为细菌 提供能量的条件下， 厌 氧发酵细菌 分解有机物， 并生成氢气 。 光合生物制氢包括光解水制氢 和光发酵制氢。 光发酵和暗发酵耦合制氢是这些中产氢效率最高的一种方法， 而且这种方 法不仅能够极大提高底 物的利用效率， 还能增大产氢量和提高产氢率。 [0006]在光照和厌氧条件下， 光合细菌利用酶的作用将有机物分解生成氢气的制氢方法 即为光合生物制氢。 光合生物制氢的最大特点是它可以依靠自身 所需的条件构成一个不靠 外界供给能量就可以生产氢气的生产系统， 所利用的就是太阳能或废水中的有机成分的能 量。 但是， 现有技术中， 利用光合细菌依靠太阳光来产生氢气的方法很多还处于实验阶段， 并不能实现规模化 生产。 [0007]为此， 本发明采取厌氧发酵与光发酵联合的方式， 选取两种能源草(芒草和小叶女 贞)作为生物发酵制氢 的生物质原料， 研究光合细菌在以这两种生物质为底物进行生物制 氢的特点。 [0008]在以芒草为底物进行发酵时， 着重研究了厌氧—光合产氢的过程中每个时间段在 不同的底物浓度时， pH值和氧化还原电位(ORP值)变化规律， 然后计算分析出整个产氢过程 中的pH值、 氧化还原电位(ORP)值、 产气量、 产气速率、 产氢量以及产氢速率的变化， 从而找 出最佳的光 合制氢条件。 [0009]在以小叶女贞为底物进行发酵时， 着重研究了不 同底物浓度下， 对反应料液中还说　明　书 1/12 页 3 CN 115323006 A 3