有限储量化石燃料的减少和能源需求的不断增长以及化石燃料燃烧造成的环境污染和温室效应,使21世纪的能源面临巨大挑战。可再生清洁能源将成为未来可持续发展能源系统的主体。氢能清洁可再生,燃烧只产生水和巨大能量,生物制氢技术反应条件温和、能耗低、能妥善解决能源与环境的矛盾。固定化细胞技术自被发现以来由于其具有很多优点而被广泛地应用在工业、医学、化学分析、环境保护等领域。将固定化技术与生物制氢结合起来在一定程度上可提高反应器内的生物量,使单位反应器的产氢率和运行稳定性有所提高。本文利用本实验室培育筛选的一种高效光合产氢菌,针对单个固定化光合细胞凝胶颗粒,实验研究了其产氢特性以及对底物葡萄糖的降解特性,初步建立了固定化细胞凝胶颗粒内含生化反应的微观质量传输模型。主要研究工作如下:①探讨了制备固定化细胞凝胶颗粒的影响因素,主要包括载体浓度、混合载体的配比、温度、延迟时间、交联剂浓度等。②由于光合细菌光合产氢对光的特殊要求,本文通过控制交联剂硼酸和氯化钙浓度、载体聚乙烯醇和硼酸的反应温度、混合载体的配比等条件制备出透光率、机械强度、粒径、稳定性等性能都较好的包埋颗粒。实验测量了各种工艺制备的凝胶颗粒的有效扩散系数、孔隙率、透光率、稳定性、机械强度等性能参数。并对凝胶颗粒内部结构进行了观察,分析培养不同时间的颗粒内结构的变化,最终找出一种最佳的颗粒制备工艺。③设计了生化反应器并搭建了固定化光合细胞产氢及降解特性实验系统。反应器首先能满足可以在线观察固定化光合细胞降解有机物产氢过程中颗粒内的反应现象,本文对该反应过程进行了连续观察,主要观察产物的形态,有无气泡存在。观察结果表明反应生成的气体从颗粒内到主体溶液的传输过程主要以分子扩散的形式完成的,颗粒内并无气泡形成。④对固定化光合细菌产氢动力学,本文着重研究了基质浓度、光波长、光照强度、温度、基质溶液pH、基质溶液流速等对产氢和降解性能的影响,得到了各因素对产氢和降解性能的影响规律,当采用黄光照射、光强为6000lx、温度为30℃、pH值等于7、基质葡萄糖浓度60mmol/L、流速在22ml/h左右时产氢率最好。降解效率与产氢速率由很大相关性,只有底物浓度对其影响稍有偏差。⑤结合光照强度、温度、基质溶液pH对固定化光合细菌光产氢的影响初步建立了凝胶颗粒内含生化反应的质量传输模型,并进行了计算。对整个颗粒的总反应速率进行了分析。