探討以活性碳吸附酸來提昇Clostridium butyricum產氫之研究

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黃義修(Yi-Hsiu Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

探討以活性碳吸附酸來提昇Clostridium butyricum產氫之研究

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摘要(中)

由於氫氣在燃燒後只有水，又具有高能量的特質(約122KJ/g)，在未來做為第二替代能源擁有很大的潛力。日前美國能源部的高級官員稱，美國制定的產氫目標為每年3000萬噸，而各家汽車公司也致力於氫燃料電池之應用，可見各國對未來氫能經濟之重視。
本實驗是利用微生物法產氫，其中Clostridium 是目前主要研究產氫的主要菌株之一，在研究中發現Clostridium在厭氧發酵過程中，將環境的碳源進行能量轉移而代謝產氫，在產氫之過程中會伴隨著代謝酸的生產，丁、醋酸為主要之代謝酸，隨著酸的濃度增加會有菌體生長抑制之現象，因此本實驗使用常見之活性碳作為吸附劑，降低有機酸對菌種產氫能力的影響。
本實驗分別四大部分討論。第一部份探討不同丁酸、醋酸的濃度組成下，菌體生長抑制現象；第二部分是比較不同種類的活性碳對丁酸、醋酸的吸附量；第三部份在間歇式饋料的實驗中，以不同的活性碳量進行吸附，來探討菌體的生長、有機酸的累積情形和產氫量；第四部分利用尋找出最佳之活性碳量進行吸附實驗，至產氫減緩時再以相同活性碳量進行第二次吸附實驗。有機酸對菌體影響實驗結果顯示，微量之丁、醋酸對於菌體的生長影響差異不大，一旦醋酸濃度超過4g/L、丁酸濃度超過8g/L時，則開始會有抑制菌體生長的情形發生。活性碳吸附實驗中，以LC-B3對丁、醋酸之吸附量最多，而孔洞體積、比表面積與表面官能基對吸附量皆有所影響。在添加不同活性碳量之間歇式饋料中，藉由添加適當之活性碳量(20g)能提升產氫效率(18%)，進料次數由原本的4次提升為10次，總產氫量也由5504mL增加為18403mL。而利用多次吸附實驗結果，雖然無法提高產氫效率與總產氫量，但可藉由吸附效果，在相同時間內增加進料次數並減緩酸對菌體之影響，延長產氫時間。所以利用活性碳作為吸附劑可以提升Clostridium butyricum產氫之現象。

關鍵字(中)

★ 活性碳
★ 氫氣

關鍵字(英)

★ hydrogen
★ clostridium butyricum
★ active carbon

論文目次

目錄
摘要………………………………………………………...……….…. Ⅰ
目錄………………………………………………………...……….…. Ⅲ
圖索引…………………………………………………….………...…..Ⅵ
表索引……………………………………………………..………...….Ⅷ
第一章緖論…………………………………………..…………………1
1-1研究動機…………………………………………………..………1
1-2研究目的………………………………………..…………………2
第二章文獻回顧………………………………..………………………3
2-1前言…………………………………………..……………………3
2-2微生物產氫簡介………….………………………………..………5
2-3Clostridium……………………………………………….…………7
2-4厭氧微生物產氫機制 …………….…………………….…….…11
2-5吸附基本原理………………………………….…………………17
2-5-1吸附現象………………………………………………………...17
2-5-2吸附種類………………………………………………………...18
2-6活性碳…………………………………………………….………20
2-6-1活性碳製造……………………………………...………………20
2-6-2活性碳種類………………………………………………...……21
2-6-3活性碳之物化特性…………………………………………...…22
2-6-4活性碳之應用…………………………………………………...25
第三章材料與方法……………………………………………………26
3-1實驗材料…………………………………….……………………26
3-1-1微生物………………………………………………...…………26
3-1-2培養基組成…………………………………………...…………26
3-1-3實驗藥品………………………………………………...………26
3-1-4實驗儀器與設備………………………………….………..……28
3-2實驗設計與方法………………………………….………....……29
3-2-1菌種保存………………………………………………...………30
3-2-2接種菌體培養…………………………………………...………30
3-2-3厭氧微生物反應器…………………………………...…………30
3-2-4生長曲線的測定………………………………………...………32
3-2-5氣體分析…………………………………………………...……32
3-2-6葡萄糖的分析……………………………………………...……33
3-2-7代謝酸的分析……………………………………………...……34
3-3有機酸對Clostridium butyricum生長的影響….……………….36
3-4測量活性碳的比表面積…………………………...............……36
3-5分析活性碳表面之官能基………………...…………...…..…...37
3-6不同活性碳對酸之吸附量……………………………....……...37
3-7不含活性碳之間歇式饋料(fed-batch) 1L發酵槽厭氧產氫.......38
3-8添加不同活性碳量之間歇式饋料(fed-batch)1L發酵槽厭氧產氫......38
第四章結果與討論…………………………………………...……….40
4-1有機酸對C.butyricum生長之影響…………………………...…40
4-2不同活性碳之吸附效果及材料分析……..........................…......41
4-3添加不同活性碳量之間歇式饋料(fed-batch)1L批式發酵槽厭氧產氫實驗.....46
4-4相同活性碳量進行兩次吸附實驗之間歇式饋料
(fed-batch) 1L批式發酵槽厭氧產氫實驗...................53
第五章結論…………………………………………..………….…...56
參考文獻………………………………………………..……….……...57

參考文獻

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指導教授

徐敬衡(Chin-Hang Shu)

審核日期

2004-7-16

推文