Микробная переработка целлюлозосодержащего органического сырья в водород

• Автор: Садраддинова, Эльмира Рамиз-кызы
• Шифр специальности: 03.02.03, 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Сравнение современных технологий получения водорода

1.2 Сырье, используемое при биологическом пути получения водорода.

1.3 Структура и свойства целлюлозы

1.4 Образование водорода фототрофными микроорганизмами

1.5 Биореакторы, мембранные системы сепарации газов.

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1 Разработка процесса термофильного сбраживания целлюлозы с образованием водорода.
3.1.1 Поиск и выделение микроорганизмоилродуцентов водорода, способных эффективно разлагать целлюлозо содержащее органическое сырье в анаэробных термофильных условиях

3.1.2 Изучение морфологии выделенных сообществ.

3.1.3 Изучение роста и образования водорода выделенными сообществами
при различных условиях культивирования.
3.1.4 Исследование состава выделенных сообществ с помощью метода
3.1.5 Выделение чистых культур водород образующих микроорганизмов
3.2 Фототрофная мезофильная стадия ферментации продуктов анаэробного разложения целлюлозы
3.2.1 Изучение свойств биокатализатора на основе иммобилизованных клеток пурпурных бактерий . I
3.2.2 Изучение процесса образования водорода иммобилизованными клетками пурпурных бактерий . В в условиях периодического и проточного культивирования
3.3 Разработка мембранных систем сепарации газов
3.3.1 Подбор и изучение свойств мембран
3.3.2 Мембранная биореакторная система удаления водорода из среды ферментации
4 ОБСУЖДЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
5 ВЫВОДЫ
6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
Введение


Р0 поглощает свет. Это вызывает расщепление воды на кислород, протоны и электроны. Электроны перемещаются в фотосистему 1 ФС1. Реакционный центр системы, Р0, является акцептором электронов. Вторая фаза темповая реакция. Электроны, высвободившиеся в результате световой фазы реакции, используются при образовании водорода. Ферментами, отвечающими за катализ реакции образования водорода, выступают гидрогеназы . Рисунок 1. Схема биофотолиза для фототрофных микроорганизмов. Существенным недостатком процесса является высокая чувствительность гидрогеназ к кислороду. Эффективность преобразования световой энергии в водород очень низка, всего 1,5. Однако, этот показатель можно увеличить до 3 при непрерывном удалении кислорода из среды . Непрямой биофотолиз является вариантом прямого процесса. Таким образом, непрямой биофотолиз включает в себя два этапа. На первом этапе диоксид углерода в процессе фотосинтеза трансформируется в углеводы. Второй этап представляет собой сочетание темноного брожения и фотоферментации. При темповом брожения углеводы преобразуются в ацетат и двуокись углерода в анаэробных условиях в темноте СбН,б 2Н 4Н2 2СН3 СООН 2С. После этого, уксусная кислота полностью превращается в водород и углекислый газ в анаэробных условиях фотоброжением . Цианобактерии обладют несколькими ферментами, непосредственно участвующими в метаболизме и синтезе водорода. К ним относятся нитрогеназы, которые катализируют образование водорода восстановлением азота до аммиака и гидрогеназы, которые обладают способностью обратимо катализировать окисление водорода vi . Фотоферментацня. Фотосинтезирующие бактерии, такие как пурпурные серные бактерии, способны осуществлять аноксигенный фотосинтез рис. Эти бактерии образуют водород при помощи нитрогеназы с использованием энергии света из простых органических кислот. Фотосинтетический аппарат пурпурных бактерий состоит только из одной фотосистемы, реакционный центр которой похож на таковой в фотосистеме II. Однако, эта фотосистема не является достаточно мощной для расщепления молекулы воды и потому, пурпурные бактерии не образуют кислород i . Реакционный центр фотосистемы Р 0, поглощает свет и облегчает перенос электронов через серию электронных переносчиков, таких как хиноны и цитохромный комплекс . Электроны высвобождаются в результате окисления органических кислот, которые попадают в цикл лимонной кислоты, где окисляются до двуокиси углерода, протонов и электронов. Параллельно при электронном переносе на мембранах создается градиент протонов, который используется АТФсинтазой для образования АТФ. Далее электроны с АТФ перебрасываются через ферредоскин на нитрогеназу. В отсутствии азота нитрогенана способна восстанавливать протоны до водорода за счет энергии АТФ. СОг Н е . Рисунок 2. Схема механизма фотоброжения фотосинтезирующих бактерий . Широкий спектр бактерий облигатных или факультативных анаэробов способен конвертировать органические вещества в водород, диоксид углерода и метаболиты, такие как ацетат, лактат, этанол и др. Этот процесс не требует энергии света. Разложение комплексных соединений получается неполным, и в результате образуются органические кислоты и спирты , . Для большинства анаэробных водородобразующих микроорганизмов характерно сбраживание сахаров, приводящее практически к образованию только одного конечного продукта уксусной кислоты гомоацетатное брожение из 1 молекулы сбраживаемой гексозы синтезируется 3 молекулы ацетата. Процесс начинается с превращения глюкозы в пируваг и АТФ. Электроны с ферредоксина могут переноситься далее на НАД или на Н, что приводит в последнем случае к выделению Н2 , . Глюкоза легко расщепляемый биологический источник углерода, присутствующий в большинстве промышленных сточных вод. Она может быть получена из избытка отходов сельскохозяйственного производства. Биоконверсия 1 моля глюкозы в ацетат позволяет получить до 4 моль водородамоль глюкозы. Как правило, количество образованного водорода получается ниже максимальных значений в связи с образованием биомассы.