近年来人们对能源与环境问题越来越关注,对可再生清洁能源的需求也越来越迫切,氢能作为理想的替代能源越来越受到重视。光合生物制氢技术可以将太阳能利用、氢能开发和有机废弃物处理有机地结合起来,以其低成本、低能耗的绿色能源生产技术而更具有开发潜力。为了寻找出一种能够提高光合细菌生物制氢效率的方法,本文以玉米秸秆作为产氢底物,以HAU-M1光合产氢菌群作为产氢细菌,以累积产氢量、产氢速率、氢气产率、能量转化率、糖转化率及产氢动力学模拟结果为关键参数,研究了不同粒径及不同浓度的Fe304纳米颗粒对玉米秸秆光合生物制氢过程中产氢特性的影响,并获取了最佳的产氢条件;同时以还原糖浓度、还原糖降解率、pH值、氧化还原电位以及液相末端产物为主要参数对玉米秸秆光合生物制氢过程中反应液的参数进行了描述。实验结果表明:Fe304纳米颗粒对玉米秸秆光合生物制氢的产氢效果有明显的影响,Fe3304纳米颗粒粒径和浓度的改变都会引起产氢量的变化。适当添加Fe3O4纳米颗粒能有效促进光合细菌产氢,但Fe304纳米颗粒浓度过高时会对产氢产生抑制作用。当Fe3O4纳米颗粒粒径为60 nm、浓度为100 mg/L时,最大氢气产率为46.68±1.00 mL/g VS,与对照组相比提高了 33.11%,此时的能量转化率同样达到最大值(3.33±0.07)%,为整个实验的最佳条件,产氢动力学模型的分析结果同样表明了这一点。Fe304纳米颗粒对玉米秸秆光合生物制氢反应液的还原糖、pH值和氧化还原电位都有影响。粒径为40 nm的Fe304纳米颗粒能够减慢还原糖浓度下降的速度;当Fe3O4纳米颗粒粒径为100 nm,浓度为25 mg/L时,还原糖降解率达到最大值(96.53±1.3)%;当Fe3O4纳米颗粒粒径为60 nm、浓度为50 mg/L时,糖转化率达到最大值(19.94±0.98)%;当Fe3O4纳米颗粒粒径为40 nm时,氧化还原电位的变化最为明显,实验组的最低氧化还原电位比对照组底了 35 mV左右。添加Fe304纳米颗粒对玉米秸秆光合生物制氢的液相末端产物有明显影响。随着Fe3O4纳米颗粒浓度的增加,小分子酸的浓度均呈现出先下降后上升的变化趋势。当Fe304纳米颗粒粒径为60、80和100 nm时,液相末端产物为乙醇、乙酸、丙酸和丁酸;当Fe304纳米颗粒粒径为20 nm时,液相末端产物缺乏丙酸;当Fe3O4纳米颗粒粒径为40 nm时,液相末端产物仅为乙醇和丁酸。综上所述,适当添加Fe3O4纳米颗粒可以有效促进玉米秸秆光合制氢的效率,当Fe304纳米颗粒粒径为60 nm,浓度为100 mg/L时产氢效果最好。