金属纳米颗粒在暗发酵生物制氢中的应用研究进展

张永贵，许思远，张琴，李艳宾

(安徽工程大学 生物与化学工程学院，安徽 芜湖 241000)

进入21世纪，化石燃料的有限储备和快速消耗及其引起的生态环境问题已严重制约了人类社会的发展，生物能源以其可再生性、可持续性已成为化石燃料潜在的替代能源。氢气具有无毒、无污染、燃烧性好等特点，比传统燃料热值高，且燃烧产物为水，是世界公认的清洁能源[1]。采用生物法生产氢气已成为21世纪最主要的氢能源生产方式。目前，生物制氢的方式有多种，最重要的主要有光水解、光发酵、暗发酵和光-暗联合发酵产氢四种方式[2-3]，其中，暗发酵产氢以其发酵基质的廉价性和多样性，近年来已成为产氢效率高、运用较广泛的生物制氢方式。

暗发酵生物制氢过程受多种因素影响，发酵菌种及其接种量、发酵pH值、温度、发酵基质种类及其浓度、培养基成分及其添加剂等都在较大程度上影响了暗发酵生物制氢效率[4-6]，为此，提高生物氢产率已成为暗发酵产氢调控的直接目的。近年来，有研究表明在暗发酵产氢系统中添加一定浓度纳米颗粒可有效提高系统的生物氢产率，纳米颗粒的表面效应和量子尺寸效应可以通过加速电子从NADPH向氢酶的转移来提高氧化还原酶的活性，从而促进生物氢的合成[7-8]，并且纳米颗粒还具有电子亲合力，可以将质子还原为氢气[9]。尤其是近年来金属纳米颗粒的添加，使得暗发酵产氢系统的产氢效率有显著提高。本文介绍了金属纳米颗粒应用的最新进展，并对金属纳米颗粒的种类及其作用于暗发酵产氢的机理，Fe、Ni及其它金属纳米颗粒应用于暗发酵产氢的作用效果进行了总结。……