《合成氣混菌發酵的機理研究和過程調控》是依託中國科學技術大學，由曾建雄擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：合成氣混菌發酵的機理研究和過程調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曾建雄
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
利用生物質的生物能源是一種可持續的能源。對於難生物降解的生物質（如木質纖維素），先轉化為合成氣後再發酵產液體燃料或化學品是個不錯的解決方法。合成氣是木質纖維素等生物質部分氧化和高溫分解所產生的混合氣體，它的主要成分為CO和H2。本項目以合成氣混菌發酵過程為研究對象，以中空纖維膜反應器為研究載體，首先進行膜材料的選擇和膜污染的控制來加快目標菌群在中空纖維膜上的富集，接著通過工藝條件和環境因子的調控，實現長期有效產甲烷古菌的抑制並定向產酸或醇；然後結合穩定同位素和基因組學分析來探索合成氣形成中長鏈脂肪酸的路徑和機理；最後建立基於中空纖維膜生物反應器的數學模型，模擬和最佳化合成氣混菌發酵過程。研究成果將為合成氣的利用提供了新的方法和技術，具有重要的科學意義和實用價值，同時也拓展了混菌發酵的實際套用。
結題摘要
利用生物質的生物能源是一種可持續的能源。對於難生物降解的生物質，先轉化為合成氣後再發酵產化學品是個不錯的解決方法。本項目以合成氣混菌發酵過程為研究對象，以中空纖維膜反應器為研究載體，選擇合適的膜材料，開發長期有效產甲烷古菌的抑制方法並實現定向產酸或醇；探索了合成氣形成中長鏈脂肪酸的路徑並進行了工藝最佳化。本研究為合成氣的利用提供了新的方法和技術，具有重要的科學意義和實用價值。經過4年的工作，課題取得了以下成果： （1） 在基於篩選出的聚丙烯材質搭建的中空纖維膜反應器系統中成功富集出轉化合成氣為有機酸的菌群，並發現在連續流條件下微生物能很好粘附在超濾膜絲上但在微濾膜絲上則粘附不上； （ 2） 通過對合成氣混菌發酵產甲烷體系提供不同的乙酸濃度和pH, 發現自由乙酸濃度是能長期抑制甲烷的重要因子；（ 3） 自由乙酸耦合鹽度抑制產甲烷菌的活性研究發現：當體系中鹽度小於35‰時，抑制作用以自由乙酸為主，當體系中鹽度大於35‰時，抑制作用以鹽度為主，這些都為實際發酵過程中抑制產甲烷提供指導； （4） 在pH 4.5的連續運行的中空纖維膜反應器體系中，通過調節氣體分壓可以實現定向產乙醇或乙酸，高分壓利於產乙醇，低分壓利於產乙酸； （5） 高溫合成氣混菌發酵只產乙酸，而中溫能產乙酸，丁酸和己酸。菌群分析發現發現高溫的菌屬為Thermoanaerobacterium (92.8%)，而中溫的主要菌屬是Clostridium (41.6%)；（ 6） 當把合成氣組分改成CO2+H2進行高溫發酵，發現超過95%以上的產物是乙酸，並達到42.4 g/L。主要菌屬為Thermoanaerobacterium (66.3%)； （7） 考察了pH 5、7和9條件下膜反應器在30℃、20℃和10℃下利用合成氣混菌發酵的代謝產物。在各溫度條件下，pH5和pH7的代謝產物為乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和己酸，而pH9的代謝產物沒有己酸，相比於溫度， pH值對代謝產物種類的調控更重要； 雙基質共進在3個膜反應器（pH5，7，9）均能實現碳鏈伸長至辛酸，但乙醇和乙酸摩爾比為2時最佳，並且pH7的辛酸產率最佳。在最佳供料配比模式，切斷合成氣供給，可以顯著提高辛酸產率。
