一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法及其应用，是指利用产氢微生物蓝藻在太阳能的作用下产生氢气，本发明专利技术通过加入光合作用抑制剂从而大幅度提高了柱胞鱼腥藻产氢的能力，使得藻细胞利用太阳能产氢的效率也大幅提高，最后将得到的氢气与燃料电池相耦合，产生电能。本发明专利技术是生物技术在新能源的研究和开发中的典型应用，为生物能源的发展提供了新颖的研究思路和较好的开发前景。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法及其应用
本专利技术涉及一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法及其应用，属于生物
。
技术介绍
固氮蓝藻在固定氮的同时会产生氢气，但由于固氮酶对O2特别的敏感并且失活，所以降低O2的含量可以提高固氮酶的活性，可以使4的产量增加。我们可以利用这一发现进行研究，来提高蓝藻的产氢量。高分子电解质薄膜燃料电池是20世纪通用电气公司专利技术的，最初是应用磺化聚苯乙烯膜，不过在1966年更换为全氟磺酸离聚物薄膜，并且被应用于美国宇航局双子星空间飞船。但是燃料电池的高额材料费和必需要高纯的H2和O2并且还是需要较高的反应温度，可是由于氢氧燃料电池具有相对高的燃料利用率所以被广泛研究与应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法及其应用。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案如下:一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法，其特征在于，利用产氢微生物蓝藻在太阳能的作用下产生氢气。上述产氢微生物蓝藻在二氯苯基二甲脲的诱导调控下，利用太阳能产生氢气。上述蓝藻为柱胞鱼腥藻中的丝状蓝藻柱胞鱼腥藻。本专利技术的步骤如下:I)柱胞鱼腥藻的培养，恒温并持续光照，液体通气培养，藻种保存在固体琼脂BGII (+N)培养基平板上；2)用BGII (-N)培养基培养使得藻细胞生长到一定浓度，分装到厌氧诱导容器中，加入二氯苯基二甲脲进行诱导，然后保持厌氧环境，密闭试管；3)收集步骤2)产生的氢气。更进一步的，本专利技术的优选步骤如下:I)对柱胞鱼腥藻的培养条件是:以BGII (-N)作为培养基进行液体培养，藻液置于30°C的恒温和30 μ mol photon IrT2S-1 (Model MQ-100)的持续24小时的光照强度下,并通以C02:Air=2:98(V:V)混合气体；菌种丝状蓝藻柱胞鱼腥藻采用持续继代的方保存在琼脂浓度为1.5%的固体BGII (+N)培养基平板上，保存条件为恒温30°C，持续30 μ mol photonHT2iT1 (Model MQ-100)光照强度以及空气环境中；2)将BGII (+N)培养的藻液分装到厌氧诱导试管中，加入I μ M浓度的二氯苯基二甲脲进行诱导，然后持续向藻液中通以高纯氩气，达到厌氧环境，密闭试管，诱导藻细胞光合产氢过程；3)收集氢气:将处理好的样品管置于30°C温度和100 μ mol photon m_2s_1 (ModelMQ-100)光照强度下，静置培养，样品管内是一个密封的环境，柱胞鱼腥藻所产生的氢气均被收集在管内上部的空间。上述方法得到的氢气在燃料电池中的应用。氢气与燃料电池耦合的步骤如下:I)柱胞鱼腥藻的培养，恒温并持续光照，液体通气培养，藻种保存在固体琼脂BGII (+N)培养基平板上；2)用BGII (-N)培养基培养使得藻细胞生长到一定浓度，分装到厌氧诱导容器中，加入二氯苯基二甲脲进行诱导，然后保持厌氧环境，密闭试管；3)收集步骤2)产生的氢气，蓝藻产氢与燃料电池耦合，通过硅胶软管将蓝藻光合产氢的容器与燃料电池正极联通，同时使用空气泵向电池负极提供空气和氧气，燃料电池产生电能。上述燃料电池为氢质子交換膜燃料电池的正极为H2，负极为空气中的02。本专利技术解决的问题是在提高蓝藻光合产氢效率的基础上，通过与燃料电池的耦合，将产生的氢气转化为电能并利用。加入二氯苯基二甲脲DCMU以简单而经济的方式大幅提高柱胞鱼腥藻产氢的能力，使得藻细胞利用太阳能产氢的效率大幅提高。专利技术中提供的二氯苯基二甲脲DCMU是微溶于水，这种物质在诱导产氢过程中起到了关键的作用，其作用机理仍在进ー步的研究当中。该物质具有使用方便，成本低廉，效果显著等特征。本专利技术是使柱胞鱼腥藻产生的H2通过高分子电解质薄膜被催化，分解为2H+和2e_，电子会产生电，而H+会通过高分子电解质薄膜与另ー侧的O2生成H20。我们在前人研究的基础上，利用I U M浓度的二氯苯基二甲脲(DCMU)诱导调控柱胞鱼腥藻产生H2，靠自身产生的压カ输送至氢氧燃料电池产生电供给LED使之发光。在本专利技术中，二氯苯基二甲脲(DCMU)起到光合产氢的调控作·用，质子交換膜燃料电池则是将氢气分子中的化学能转化为电能并供LED灯工作。本专利技术与具有以下优点和效果:1、方法经济，成本低，易于推广使用。本专利技术中使用的蓝藻为光合自养生物，培养无需提供有机物，将海水通过简单处理便可培养；2、见效快，效果显著。一般在几小时之内就能起到促进蓝藻产氢的效果，并且能够持续较长的时间，提高氢气的积累量；3、步骤简单，效率高。专利技术中使用的提高产氢的方法步骤简易，可获得较高的产氢效率，而与燃料电池的耦合则有助于获得高效的太阳能到电能的转化。【附图说明】图1株胞鱼腥藻光学显微镜照片。图2装有BGII (+N)培养基的通气试管。图3装有BGII (-N)培养基的通气试剂瓶。图4装有氢气的样品管。图5装有氢气的装置与燃料电池耦合。【具体实施方式】下面结合具体实施例，进ー步阐述本专利技术。应当理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术要求保护的范围。实施例1:柱胞鱼腥藻的接种和培养A).藻种的来源:藻种采购自中科院水生生物研究所藻种库。如图1所示。B).柱胞鱼腥藻藻种的保存:由于柱胞鱼腥藻无法使用低温冻存的方法进行保存，因此在保种的过程中我们采用的是持续继代的方式。本专利技术所选藻种为丝状蓝藻柱胞鱼腥藻，藻种保存在琼脂浓度为1.5%的固体BGII (+N)培养基平板上。保存条件为恒温30°C，持续30iimol photon m_2s_1 (Model MQ-100)光照强度以及空气环境中。C).培养基的配置:所用培养基:BGII (-N)及BGII (+N)培养基，其成分如下:[A]BGII (-N):Stock I (1000mL):NaCl_20.6g ；K2HP04 ? 3H20_0.8g ；Na2C03-0.4g ；Stock II (IOOmL):柠檬酸 _0.3g ;柠檬酸铁铵 _0.3g ；EDTA- 二钠 _0.005g ；Stock III (IOOmL):CaCl2_l.36g ;Stock IV (IOOmL) =MgSO4 ? 7H20_3.75gStock V (1000mL):H3B03-2.86g ；MnCl2.4H20_1.81g ；ZnSO4.7H20_3 .75g ；Na2Mo04.2H20-0.391g ；CuSO4.H2O-0.0079g ；Co (NO3) 2.6H20_0.0494g。[B]BGII(+N):Stock I (1000mL):NaCl_30.0g ；K2HP04 ? 3H20-0.8g ；Na2C03-0.4g ；Stock II (IOOmL):柠檬酸 _0.3g ;柠檬酸铁铵 _0.3g ；EDTA- 二钠 _0.005g ；Stock III (IOOmL):CaCl2_l.36g ;Stock IV (IOOmL) =MgSO4 ? 7H20_3.75g ；Stock V (1000mL):H3B03-2.86g ;MnCl2.4H20-1.81g ;ZnSO4.7H20_3.75g ；Na2Mo04.2H20-0.391g ；CuSO4.H2O-0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法，其特征在于，利用产氢微生物蓝藻在太阳能的作用下产生氢气。

【技术特征摘要】
1.ー种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法，其特征在于，利用产氢微生物蓝藻在太阳能的作用下产生氢气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓝藻为柱胞鱼腥藻中的丝状蓝藻柱胞鱼腥藻。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产氢微生物蓝藻在二氯苯基二甲脲的诱导调控下，利用太阳能产生氢气。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤如下: 1)柱胞鱼腥藻的培养，恒温并持 续光照，液体通气培养，藻种保存在固体琼脂BGII(+N)培养基平板上； 2)用培养基培养使得藻细胞生长到一定浓度，分装到厌氧诱导容器中，加入二氯苯基二甲脲进行诱导，然后保持厌氧环境，密闭试管； 3)收集步骤2)产生的氢气。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤如下: 1)对柱胞鱼腥藻的培养条件是:以BGII(-N)作为培养基进行液体培养，藻液置于30°C的恒温和30 u mo I photon m^V1的持续24小时的光照强度下，并通以C02:Air=2:98 (v: v)混合气体；菌种丝状蓝藻柱胞鱼腥藻采用持续继代的方保存在琼脂浓度为1.5%的固体BGII (+N)培养基平板上，保存条件为恒温30°C，持续30iimol photon n^s—1光照强度以及空气环境中； 2)将藻液分装到厌氧诱导试管中，加入IU M浓度的二氯苯基二甲脲进行诱导，然后持续向藻液中通以高纯氩气，达到厌氧环境，密闭试管，诱导藻细胞光合产氢过程； 3)收集氢气:将处理好的样品管置于30°C温度和IOOiimolphoton HT2jT1光照強度下，静置培养，样品管内是ー个密封的环境，柱胞鱼腥藻所产生的氢气均被收集在管内上部的空间。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的BGII(-N)组成如下:Stock I (1000mL):NaCl-20.6g ；K2HPO4 ? 3H20_0.8g ；Na2C03-0.4g ； Stock II (IOOmL):柠檬酸-0.3g ;柠檬酸铁铵 _0.3g ；EDTA- 二钠-0.005g ；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李十中，陈明，张治宇，仉磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：