《微生物能源轉化原理及應用》分為基礎篇和應用篇。前五章為基礎篇，深入解析微生物能源轉化方式及轉化過程中的多相流動、能質傳遞，并闡述微生物反應器內的多相能質傳輸與轉化特性。后五章為應用篇，重點介紹微生物在固碳、生物燃料制取與污水處理以及電化學轉化方面的應用與未來發(fā)展趨勢。本書以微生物在能質循環(huán)中的核心作用為主線，系統(tǒng)構建了多學科交叉的理論體系與實踐框架，填補了現(xiàn)有教材在工程熱物理與微生物能源轉化融合領域的空白。
本書可作為高等院校新能源、生物化工、儲能等相關專業(yè)的教材，也可供相關專業(yè)科研及工程技術人員參考。
基礎篇
第一章微生物能源概論2
1.1能源微生物的種類3
1.1.1產(chǎn)液體燃料微生物3
1.1.2產(chǎn)氣體燃料微生物5
1.1.3電活性微生物6
1.2微生物能源的發(fā)展現(xiàn)狀及展望8
1.2.1世界微生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀8
1.2.2中國微生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀8
1.2.3中國微生物能源發(fā)展展望9
思考題9
參考文獻9
第二章微生物能源轉化方式及培養(yǎng)模式11
2.1微生物能源轉化方式11
2.1.1光合微生物能源轉化方式12
2.1.2非光合微生物能源轉化方式13
2.1.3半人工光合轉化15
2.2微生物培養(yǎng)模式16
2.2.1懸浮式培養(yǎng)17
2.2.2生物膜式培養(yǎng)19
2.2.3微生物生長關鍵影響因素21
2.3微生物生長特性預測22
2.3.1微生物生長動力學22
2.3.2微生物生長數(shù)值模擬23
思考題25
參考文獻25
第三章微生物能源轉化過程中的多相流動27
3.1懸浮式反應器內的多相流動27
3.1.1懸浮式反應器的基本原理和主要類型28
3.1.2懸浮式反應器內多相流動的基本理論29
3.1.3懸浮式反應器內流動特征及其影響因素30
3.1.4多相流動對懸浮式反應器性能的影響31
3.2生物膜式反應器內的多相流動33
3.2.1生物膜式反應器的基本原理和主要類型34
3.2.2生物膜式反應器內的流動特征及其影響因素35
3.2.3多相流動對生物膜式反應器性能的影響38
3.3固定化細胞顆粒填充床反應器內的多相流動39
3.3.1固定化細胞顆粒填充床反應器的基本原理39
3.3.2固定化細胞顆粒填充床反應器內的流動特征及其影響因素41
3.3.3多相流動對固定化細胞顆粒填充床反應器性能的影響41
3.4微生物膜懸浮顆粒流化床反應器內的多相流動42
3.4.1微生物膜懸浮顆粒流化床反應器的基本原理42
3.4.2微生物膜懸浮顆粒流化床反應器內的流動特征及其影響因素43
3.4.3多相流動對微生物膜懸浮顆粒流化床反應器性能的影響44
3.5本章小結44
思考題45
參考文獻46
第四章微生物能源轉化過程中的能量傳遞48
4.1光合生物反應器內的光傳輸與衰減48
4.1.1光與光合生物細胞的相互作用50
4.1.2光生物反應器內的光傳輸與衰減53
4.2微生物能源轉化過程中的能量轉移與電子傳遞56
4.2.1光合系統(tǒng)內的電子傳遞56
4.2.2微生物的種間電子傳遞61
4.2.3微生物電化學轉化中的電子傳遞64
思考題65
參考文獻66
第五章微生物反應器內多相能質傳輸及轉化特性67
5.1微藻光生物反應器內的能質傳輸及轉化67
5.1.1光合作用驅動的光能傳輸及轉化68
5.1.2氣相CO2的傳輸及轉化71
5.1.3無機營養(yǎng)鹽的傳輸及轉化74
5.1.4能質傳輸及轉化的協(xié)同作用76
5.2光發(fā)酵制氫反應器內的能質傳輸及轉化76
5.2.1光發(fā)酵過程中的光能傳輸及轉化77
5.2.2有機底物的傳輸及轉化77
思考題79
參考文獻80
應用篇
第六章微藻光合固定煙氣二氧化碳及能源利用技術82
6.1煙氣氛圍對微藻固碳的挑戰(zhàn)82
6.1.1高濃度CO2的影響82
6.1.2酸性氣體SOx的影響83
6.1.3重金屬及其他因素的影響85
6.2高效固碳藻種的選育86
6.2.1自然篩選86
6.2.2誘變育種87
6.2.3馴化育種88
6.2.4代謝和基因工程89
6.3煙氣碳傳輸強化89
6.3.1強化氣泡停留時間90
6.3.2強化氣液混合91
6.3.3優(yōu)化曝氣方式92
6.4優(yōu)化培養(yǎng)條件94
6.4.1調控培養(yǎng)環(huán)境酸堿度94
6.4.2優(yōu)化光照條件95
6.4.3調控營養(yǎng)供應95
6.4.4優(yōu)化微藻培養(yǎng)工藝流程97
思考題98
參考文獻98
第七章固碳微藻生物質分離及液態(tài)生物燃料制取100
7.1微藻生物質分離與采收101
7.1.1微藻采收101
7.1.2微藻脫水111
7.2微藻油脂提取113
7.2.1微藻破壁技術113
7.2.2油脂提取117
7.3微藻生物質液態(tài)生物燃料轉化119
7.3.1酯交換119
7.3.2熱化學轉化過程122
7.4微藻固碳及能源化的工程應用前景及展望122
7.4.1生物燃料生產(chǎn)成本122
7.4.2微藻生物質能源前景與展望125
思考題126
參考文獻127
第八章微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫烷氣技術128
8.1厭氧發(fā)酵底物來源128
8.1.1有機廢水128
8.1.2固體廢棄物129
8.2原料的預處理131
8.2.1物理方法預處理131
8.2.2化學方法預處理133
8.2.3物理化學方法預處理134
8.2.4生物方法預處理136
8.2.5聯(lián)合預處理137
8.3暗發(fā)酵產(chǎn)甲烷137
8.3.1暗發(fā)酵產(chǎn)甲烷影響因素137
8.3.2暗發(fā)酵產(chǎn)甲烷電子傳遞路徑140
8.4光發(fā)酵制氫142
8.4.1光發(fā)酵制氫影響因素143
8.4.2光發(fā)酵產(chǎn)氫反應器145
8.4.3光發(fā)酵產(chǎn)氫研究展望146
8.5光-暗耦合多級發(fā)酵產(chǎn)氫烷應用與展望147
8.5.1暗-光耦合發(fā)酵產(chǎn)氫主要影響因素147
8.5.2暗-暗耦合發(fā)酵產(chǎn)氫烷研究進展149
8.5.3多級耦合發(fā)酵產(chǎn)氫烷前景及展望151
思考題152
參考文獻152
第九章光合細菌生物膜光發(fā)酵制氫技術155
9.1光合細菌生物膜的形成及發(fā)展155
9.1.1光合細菌的運動及其生物膜成膜過程影響因素155
9.1.2光合細菌生物膜的支撐載體與反應器157
9.2基于光纖技術的生物膜在線測量及調控159
9.3光合細菌生物膜在污水處理中的應用161
9.3.1光合細菌與微藻的相互作用關系162
9.3.2菌藻共生生物膜去除污染物的作用原理163
9.3.3菌藻共生生物膜污水處理反應器164
9.4本章小結166
思考題166
參考文獻167
第十章微生物電化學轉化技術168
10.1微生物燃料電池168
10.1.1微生物燃料電池的工作原理168
10.1.2微生物燃料電池的分類170
10.1.3微生物燃料電池的性能影響因素171
10.1.4微生物燃料電池的COD去除和電能回收174
10.2微生物電解池及電合成系統(tǒng)175
10.2.1工作原理175
10.2.2電極結構及材料176
10.2.3固碳產(chǎn)甲烷微生物電合成系統(tǒng)中的關鍵步驟及影響因素180
10.2.4陰極電位及外加偏壓對微生物陰極電子傳遞特性的影響181
10.3微生物電化學轉化技術應用182
10.3.1微生物燃料電池應用183
10.3.2微生物電解池及電合成系統(tǒng)應用184
思考題185
參考文獻185
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