CN102876724B

CN102876724B - 基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法

Info

Publication number: CN102876724B
Application number: CN201210369997.9A
Authority: CN
Inventors: 王永忠; 胥腾飞; 陈蓉; 朱恂; 廖强; 李俊; 叶丁丁
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102876724A

Abstract

本发明公开了基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：A.将未预处理或预处理后的纤维素基质与组合酶液按照100：(0.5～1)混合均匀，并将之加入到灭菌处理后的电解池内，加入量为电解池体积的10％～20％；B.将厌氧发酵细菌或光合细菌或二者的混合菌加入电解池，接种量为5％～35％(v/v)；C.在电解池中加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的10％～35％；D.电解池外接电阻，启动电解池，电解池启动成功后，接入外部电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，电解池处于产氢模式。

Description

基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法

技术领域

本发明涉及微生物电解池产氢方法，具体涉及利用纤维素类物质同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法。

背景技术

当前，随着世界各国能源危机的加剧，以含纤维素为主要成份的生物质原料作为可再生能源，在各国得到了广泛的研究和利用。有资料表明，全世界每年生产纤维素及半纤维素的总量在850亿吨左右，纤维素作为多糖化合物，广泛存在于稻草、秸秆、树杆等植物中。我国作为农业大国，每年有大量的农业废弃物，其都可以作为廉价的可再生资源加以利用。从2005年起，我国每年的植物秸秆总产量达8.42亿吨，其中稻草达1.8亿吨，如果将其全部利用，将会缓解我国的能源危机。

在纤维素水解糖化过程中，水解产物有葡聚糖、木聚糖、乙酸等物质。如果只利用纤维素糖化过后的葡萄糖，这就造成资源的浪费，并且还会引起环境污染。基于提高有机废弃物的资源化利用率和产物产率的目的，需对纤维素水解糖化液进行综合利用，并减少对环境的污染。

目前，采用生物质为原料制氢主要采用酶解与发酵分别进行的方法，对于这种方法主要存在的问题有：①产生的氢气与CO₂等气体混合，因此气体中氢气的纯度不高；②由于生物质酶解过程与发酵过程是分开进行，所以需要采用两套装置，这就造成了初期投入成本的增加；③生物质酶解发酵分步进行，制氢周期延长；④酶解与发酵产氢分别进行导致纤维素水解产生的还原糖积累并对糖化过程产生较强的抑制作用。

采用同步酶解发酵制氢的技术克服了上述分步水解制氢的不足，同步酶解发酵制氢的技术具有以下几方面的优点：①同步酶解发酵制氢实现了发酵过程与制氢过程的同步进行，可以缩短制氢周期；②同步酶解发酵制氢在同一个反应器中进行，制氢操作简单，降低了生产成本；③同步酶解发酵制氢可消除酶解过程与制氢过程中的产物抑制作用；④将同步酶解发酵制氢技术应用于微生物电解池中，纤维素水解产生的各类物质包括一些抑制性产物能被微生物利用产生氢气，可明显提高产氢得率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，其特征在于：

A.将未预处理或预处理后的纤维素基质与组合酶液按照100：(0.5～1)混合均匀，并将纤维素基质与组合酶液的混合液加入灭菌处理后的电解池内，加入量为电解池体积的10％～20％；

B.将厌氧发酵细菌、光合细菌或二者的混合菌加入电解池，接种量为5％～35％(v/v)。接种细菌目的是利用这些微生物分解混合酶液水解产生的还原糖等有机物，产生氢气；

C.在电解池中加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的10％～35％；

D.电解池外接电阻，启动电解池，电解池启动成功后，接入外部电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，电解池处于产氢模式；在H₂气体收集出口通过气体收集装置收集H₂气体，在CO₂气体收集出口通过气体收集装置收集CO₂气体，待基质消耗完之后，废液通过排液口4排出。

本发明的原理是：纤维素和半纤维素在纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶的混合酶液作用下分解成葡聚糖和木聚糖，纤维素基质在酶解糖化过程中还产生副产物，如乙酸、糠醛、羧甲基糠醛等。同时葡萄糖、乙酸等酶解糖化过程的产物在接种细菌的作用下，生成CO₂、H⁺和电子，H⁺向阴极运动，电子在电势差的作用下沿外电路传导至阴极，H⁺与来至外电路的电子在阴极结合发生还原反应生成H₂，然后在阴极侧顶部收集H₂，在阳极侧顶部收集CO₂，从而，在微生物电解池内同时实现了纤维素酶解作用与微生物发酵产氢。

利用微生物电解池同步酶解发酵制氢的方法，使得在一定外加电压的作用下，厌氧发酵细菌或光合细菌能及时利用酶解作用产生的还原糖一类的物质做底物进行产氢代谢，而且还可利用水解液中的抑制性物质产氢，显著地提高了产氢效率，从而减少了对环境的污染，实现了资源的高效利用。

***反应方程式：

纤维素水解转化成葡萄糖的反应式：

(C₆H₁₀O₅)_n+nH₂O →nC₆H₁₂O₆

葡萄糖在微生物电解池中的反应式：

阳极：C₆H₁₂O₆+6H₂O→6CO₂+24H⁺+24e^-

阴极：24H⁺+24e^-→12H²

乙酸在微生物电解池中的反应式：

阳极：C₂H₄O₂+2H₂O₂→2CO₂+8H⁺+8e^-

阴极：8H⁺+8e^-→4H₂

根据本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的优选方案，当微生物电解池采用单室微生物电解池时，步骤A、B、C所加物质为直接加入电解池中。

根据本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的优选方案，当微生物电解池采用双室微生物电解池时，步骤A、B、C所加物质为加入电解池的阳极室中，并且在步骤D前还进行如下步骤：

将浓度为20～60mM·L^-1的铁***溶液或者浓度为20～60mM·L^-l的亚硫酸钾溶液加入电解池的阴极室中，且在阴极室所加入溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等。

根据本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的优选方案，当微生物电解池采用双室微生物电解池时，在电解池阴极室还同时加入厌氧发酵细菌与光合细菌的混合菌或单一光合细菌或厌氧发酵细菌，接种量为5％～35％(v/v)，且在阴极室所加入溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等。

根据本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的优选方案，当微生物电解池采用双室微生物电解池时，在阴极室中还加入pH为4.8、浓度为40～80mM·L^-1磷酸盐缓释剂，所加入的磷酸盐缓释剂与铁***溶液或亚硫酸钾溶液的比例为4∶1；且在阴极室所加入溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等。

根据本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的优选方案，所述酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶，按22～40mg∶0.02～0.08mL：10～28mg比例进行混合。其中，纤维素酶能水解纤维素β-1，4糖苷键，使纤维素分解成纤维二糖和葡萄糖，β-葡萄糖苷酶能将纤维二糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖，木聚糖酶能将生物质类物质中所含木聚糖分解成小分子物质木糖，纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶的混合酶液能将生物质中的纤维素、纤维二糖、木聚糖等物质分解成小分子物质，最终水解成葡萄糖。因此添加混合酶液较添加单一酶制剂的性能得到提升，能更有效地水解纤维素基质中的各种有效成分，显著提高生物质转化成葡萄糖的转化效率，实现对生物质中各种成份的综合利用，从而得到更多的还原糖。

根据本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的优选方案，所述组合培养基为：5.8～6.2g·L^-1 Na₂HPO₄，2.8～3.2g·L^-1 KH₂PO₄，0.08～0.12g·L^-1 CO(NH₂)₂，0.5～0.7g·L^-1 NaCl，0.2～0.24g·L^-1 MgSO₄·7H₂O，14～16mg·L^-1 CaCl₂·2H₂O和6～12mg·L_-1微量元素溶液，其中微量元素为：Mo、Fe、Zn、Co或Cu。

本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法的有益效果是：本发明将纤维素基质同步酶解发酵与微生物电解池有机结合进行生物制氢，具有以下优点：①基质酶解糖化效率提高，代谢中间产物能得到充分利用，能耗低；②可实现产氢与产CO₂在空间上的分离，极大地提高了氢气纯度，降低了后期分离提纯的费用；③酶解糖化过程、厌氧发酵与生物制氢作用的同步进行，有效缩短了生产周期；④在电解池反应器中同步进行酶解发酵与生物制氢，设备简单，操作方便，降低了初期成本的投入。本发明实现了在处理农、林废弃物的同时高效产生氢气的目的，具有绿色、节能、环保的优点，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法所采用单室微生物电解池结构示意图。

图2是本发明所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法所采用双室微生物电解池结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，包括如下步骤：

第一步、制作单室微生物电解池：包括阳极、阴极。在阴极侧上方设置有H₂气体收集出口，在阳极极侧上方设置有CO₂气体收集出口，在阳极侧设置有进料口3，在阴极侧设置有排液口4；

第二步、电解池灭菌处理：首先用30％的***溶液对电解池进行灭菌，并用经过高温灭菌后冷却的去离子水进行清洗，保证厌氧发酵细菌或光合细菌或厌氧发酵细菌与光合产氢菌的混合菌不被其它细菌污染，并处于良好的生存环境，然后充氩气保证电解池保持密闭厌氧状态；

第三步、纤维素基质预处理：把稻草秸秆剪切成1～2cm小段，洗净并烘干至恒重，取洗净烘干的稻草秸秆利用粉碎机粉碎，利用自动振动筛过40～120目数，称取20～80g无菌稻草秸秆粉末放入1000mL的烧杯中，然后加入0.5～2.0％NaOH溶液500mL于室温(30℃)下放置24h。处理完成后，用蒸馏水对稻草秸秆进行冲洗，直至冲洗后蒸馏水pH值为中性，将冲洗至中性的稻草秸秆基质在105℃下烘箱中烘干至恒重，取稻草秸秆粉末在高压灭菌锅中于121℃下灭菌10min，然后取出待用。富含纤维素类物质的基质还可以采用：玉米秸秆、麦草秸秆、树杆等生物质；

此外，纤维素的预处理方法还包括酸预处理、超声波预处理、高温蒸煮预处理等。

第四步、将预处理后的纤维素基质与酶液按照100：0.5混合均匀，并进行灭菌处理，将灭菌后的纤维素基质与酶液的混合液通过进料口3加入电解池，所加入的纤维素基质与酶液的混合液的体积占电解池体积的20％，所述酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶，按22mg∶0.02mL：10mg比例进行混合；

第五步、将厌氧发酵细菌与光合细菌的混合菌通过进料口3加入电解池，接种量为20％(v/v)；

第六步、通过进料口3加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的10％，其中组合培养基的配方为：6.2g·L^-1 Na₂HPO₄，2.8g·L^-1 KH₂PO₄，0.1g·L^-1 CO(NH₂)₂，0.5g·L^-1 NaCl，0.2g·L^-1 MgSO₂·7H₂O，15mg·L^-1 CaCl₂·2H₂O和10mg·L^-1 FeSO₄·7H₂O溶液；

第七步、电解池外接100Ω负载电阻，启动电解池。电解池启动初期为0～4d，负载两端电压约为0mV，并随时间的推移，细菌在阳极表面形成生物膜，电压缓慢增加。启动5～8d后，电压增加速度加快，呈指数式增长，直至生物膜生长稳定，接种约7～10d后，负载电压逐渐趋于稳定，这表明电池启动成功；

第八步、电解池启动成功后，接入电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，电解池处于产氢模式。更多的H₂在阴极释放，产生的H₂通过阴极侧排气口收集装置收集，在阳极侧更多CO₂气体被产生，通过阳极侧气体收集装置收集CO₂气体，待基质消耗完之后，废液通过排液口4排出；

结论：通过纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合，使得所收集的H₂纯度高，可达到70％以上，减少了后期气体分离、纯化的过程，降低了生产成本。

实施例2：

第一步、制作双室微生物电解池：包括阳极室、阴极室，中间用离子交换膜隔开；在阴极室顶部设置有H₂气体收集出口，在阳极室顶部设置有CO₂气体收集出口，在阴极室和阳极室的底部均设置有排液口6和排液口4，在阴极室和阳极室的上部均设置有进液口5和进料口3；

第二步、电解池灭菌处理：首先用35％的***溶液对电解池进行灭菌，并用经过高温灭菌后冷却的去离子水进行清洗，保证阴极室阳极室所加入的单一光合产氢菌或厌氧发酵细菌或厌氧发酵细菌与光合细菌的混合菌不被其它细菌污染，并处于良好的生存环境，然后充氩气保证电解池保持密闭厌氧状态；

第三步、纤维素基质预处理：把稻草秸秆剪切成1～2cm小段，洗净并烘干至恒重，取洗净烘干的稻草秸秆利用粉碎机粉碎，利用自动振动筛过40～120目数，称取20～80g无菌稻草秸秆粉末放入1000mL的烧杯中，然后加入0.5～2.0％NaOH溶液500mL于室温(30℃)下放置24h。处理完成后，用蒸馏水对稻草秸秆进行冲洗，直至冲洗后蒸馏水pH值为中性，将冲洗至中性的稻草秸秆基质在105℃下烘箱中烘干至恒重，取稻草秸秆粉末在高压灭菌锅中于120℃下灭菌10min，然后取出待用。纤维素基质还可以采用：玉米秸秆、麦草秸秆、树杆等生物质。

此外，纤维素基质的预处理方法还包括酸预处理、超声波预处理、高温蒸煮预处理等；

第四步、将预处理后的纤维素基质与酶液按照100：1混合均匀，并进行灭菌处理，将灭菌后的纤维素基质与酶液的混合液通过阳极室的进料口3加入电解池的阳极室，所加入的纤维素基质与酶液的混合液占电解池阳极室体积的10％，所述酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶，按40mg∶0.08mL：28mg比例进行混合；

第五步、将光合细菌通过阳极室的进料口3加入电解池的阳极室，接种量为20％v/v；

第六步、通过阳极室的进料口3加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的30％，其中组合培养基的配方为：6.0g·L^-1 Na₂HPO₄，3.0g·L^-1KH₂PO₄，0.08g·L^-1 CO(NH₂)₂，0.6g·L^-1 NaCl，0.22g·L^-1 MgSO₄·7H₂O，14mg·L^-1 CaCl₂·2H₂O和10mg·L^-1(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O的溶液；

第七步、将浓度为50mM·L^-1的铁***溶液通过阴极室的进液口5加入阴极室，并同时加入pH为4.8浓度为60mM·L^-1的磷酸盐缓释剂，所加入的磷酸盐缓释剂与铁***溶液的比例为4：1；在阴极室所加入的溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等；

第八步、电解池外接负载电阻，启动电解池。电解池启动初期为2d，负载两端电压约为0mV，并随时间的推移，细菌在阳极表面形成生物膜，电压缓慢增加。启动5d后，电压增加速度加快，呈指数式增长，直至生物膜生长稳定。接种约8d后，负载电压逐渐趋于稳定，这表明电池启动成功；

第九步、电解池启动成功后，接入电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，此时电解池处于产氢模式。在阴极侧的H₂出口通过气体收集装置收集H₂气体，在阳极侧的CO₂气体出口通过气体收集装置收集CO₂气体，待基质消耗完后，阳极室和阴极室的废液分别通过排液口4和排液口6排出。

结论：所收集的H₂纯度高，可达到90％以上，减少了后期气体分离、纯化的过程，降低了生产成本。

实施例3与实施例2不同的是：

第四步、将预处理后的纤维素基质与酶液按照100：0.8混合均匀，再加入水，纤维素基质与加水量的比为1：5～1：8，基质呈液态，并进行灭菌处理，将灭菌后的纤维素基质与酶液和水的混合液通过阳极室的进料口3加入电解池的阳极室；所加入的纤维素基质与酶液和水的混合液占电解池阳极室体积的15％；所述酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按28mg∶0.06mL：20mg比例进行混合所得；

第五步、将厌氧发酵细菌通过阳极室的进料口3加入电解池的阳极室，接种量为25％(v/v)；

第六步、通过阳极室的进料口3加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的10％，其中组合培养基的配方为：5.8g·L^-1 Na₂HPO₄，3.2g·L_-1KH₂PO₄，0.1g·L_-1 CO(NH₂)₂，0.7g·L^-1 NaCl，0.24g·L^-1 MgSO₄·7H₂O，16mg·L^-1 CaCl₂·2H₂O和8mg·L^-1 ZnSO₄·7H₂O的溶液；

第七步、将浓度为45mM·L^-1的亚硫酸钾溶液，通过阴极室的进料口5加入阴极室，并同时加入pH为4.8浓度为60mM·L^-1的磷酸盐缓释剂，所加入的磷酸盐缓释剂与亚硫酸钾溶液的比例为4：1；在阴极室所加入的溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等即可。实现纤维素液态同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合。

实施例4与实施例2不同的是：

第四步、将预处理后的纤维素基质与酶液按照100：0.8混合均匀，再加入水，纤维素基质与加水量的比为1：1～1：4，混合液呈固态，将纤维素基质与酶液和水的混合液通过阳极室的进料口3加入电解池的阳极室，所加入的纤维素基质与酶液和水的混合液的体积为电解池阳极室体积的15％，所述酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按30mg∶0.04mL：22mg比例进行混合所得。

第七步、将浓度为45mM·L^-1的亚硫酸钾溶液，通过阴极室的进料口5加入阴极室，将厌氧发酵细菌通过阴极室的进料口5加入电解池的阴极室，接种量为15％(v/v)，在阴极室所加入的溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等；实现了纤维素固态同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合。

实施例5与实施例2的不同之处在于：

第六步、厌氧发酵细菌和光合细菌的混合菌，按照15％v/v的接种量接种，组合培养基液体一起以速度为100～200mL/min从入料口加入电解池阳极室中。同时使培养液以相同速度从排液口流出，使电解池内的基质量维持恒定的发酵过程。其中组合培养基的配方为：6.2g·L^-1 Na₂HPO₄，2.8g·L_-1 KH₂PO₄，0.12g·L^-1 CO(NH₂)₂，0.7g·L^-1 NaCl，0.2g·L^-1MgSO₄·7H₂O，15mg·L^-1 CaCl₂·2H₂O和12mg·L^-1 CoCl₂·6H₂O的溶液；

第七步、将浓度为45mM·L^-1的亚硫酸钾溶液和pH为4.8浓度为50mM·L^-1的磷酸盐缓释剂，在阴极室进料口以速度为100～200mL/min从入料口加入电解池阴极室中；同时使培养液以相同速度从排液口流出，使电解池内的基质量维持恒定的发酵过程；

第八步、电解池外接负载电阻，启动电解池。电解池启动初期为0～4d，负载两端电压约为0mV，并随时间的推移，细菌在阳极表面形成生物膜，电压缓慢增加。启动5～8d后，电压增加速度加快，呈指数式增长，直至生物膜生长稳定。接种7～10d后，负载电压逐渐趋于稳定，这表明电池启动成功；

第九步、电解池启动成功后，接入电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，此时电解池处于产氢模式。在H₂气体收集出口通过气体收集装置收集H₂气体，在CO₂气体收集出口通过气体收集装置收集CO₂气体。实现纤维素连续式同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合。

实施例6与实施例2的不同之处在于：

第四步、将预处理后的纤维素基质与酶液按照100：0.9混合均匀，并进行灭菌处理，所述酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按36mg：0.05mL：24mg比例进行混合所得；

第五步、将纤维素基质与酶液的混合液与厌氧发酵细菌按照15％(v/v)的接种量接种；

第六步、将接种后的纤维素基质与酶液的混合液同组合培养基液体从入料口3加入电解池阳极室中，组合培养基液体的加入量为所加入基质的30％，其中组合培养基的配方为：5.8g·L^-1 Na₂HPO₄，3.1g·L^-1 KH₂PO₄，0.1g·L^-1 CO(NH₂)₂，0.6g·L^-1 NaCl，0.24g·L^-1 MgSO₄·7H₂O，16mg·L^-1CaCl₂·2H₂O和10mg·L^-1 CuCl₂·2H₂O的溶液；

第七步、将浓度为50mM·L^-1的铁***溶液通过阴极室的进料口5加入阴极室，并同时加入pH为4.8浓度为60mM·L^-1的磷酸盐缓释剂，所加入的磷酸盐缓释剂与铁***溶液的比例为4：1。将光合细菌通过阴极室的进料口5加入电解池的阴极室，接种量为15％(v/v)，并且，在阴极室所加入的溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等即可；

第八步、电解池外接负载电阻，启动电解池。电解池启动初期为2d，负载两端电压约为0mV，并随时间的推移，细菌在阳极表面形成生物膜，电压缓慢增加。启动5d后，电压增加速度加快，呈指数式增长，直至生物膜生长稳定。接种约7d后，负载电压逐渐趋于稳定，这表明电池启动成功；

第九步、电解池启动成功后，接入电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，此时电解池处于产氢模式。在阴极侧的H₂出口通过气体收集装置收集H₂气体，在阳极侧的CO₂气体出口通过气体收集装置收集CO₂气体。待基质消耗完后，阳极室和阴极室的废液分别通过排液口4和排液口6排出。重新补上新鲜的基质和培养基等物质，实现在微生物电解池体系纤维素序批式同步酶解发酵产氢。

结论：通过纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合，使得所收集的H₂纯度高，可达到90％以上，减少了后期气体分离、纯化的过程，降低了生产成本。

Claims

1.基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.将未预处理或预处理后的纤维素基质与组合酶液按照100：（0.5～1）混合均匀，当微生物电解池采用双室微生物电解池时，将上述纤维素基质与组合酶液的混合物加入灭菌处理后的电解池的阳极室内，加入量为电解池的阳极室体积的10%～20%；当微生物电解池采用单室微生物电解池时，将上述纤维素基质与组合酶液的混合物加入灭菌处理后的电解池内，加入量为电解池体积的10%～20%；所述组合酶液为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶，按22～40mg:0.02～0.08mL：10～28mg比例进行混合；

B.当微生物电解池采用双室微生物电解池时，将厌氧发酵细菌、光合细菌或二者的混合菌加入电解池的阳极室中，接种量为5%～35%（v/v）；当微生物电解池采用单室微生物电解池时，将厌氧发酵细菌、光合细菌或二者的混合菌加入电解池中，接种量为5%～35%（v/v）；

C.当微生物电解池采用双室微生物电解池时，在电解池的阳极室中加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的10%～35%，再进入步骤D；当微生物电解池采用单室微生物电解池时，在电解池中加入组合培养基液体，加入量为所加入基质的10%～35%，再进入步骤E；

D.将浓度为20～60mM·L^-1的铁***溶液或者浓度为20～60mM·L^-1的亚硫酸钾溶液加入电解池的阴极室中，且在阴极室所加入溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等；

E.电解池外接电阻，启动电解池，电解池启动成功后，接入外部电源，调节输入电压为0.2～1.2伏，电解池处于产氢模式；在H₂气体收集出口通过气体收集装置收集H₂气体，在CO₂气体收集出口通过气体收集装置收集CO₂气体，待基质消耗完之后，废液通过排液口（4）排出。

2.根据权利要求1所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，其特征在于：当微生物电解池采用双室微生物电解池时，在电解池阴极室还同时加入厌氧发酵细菌与光合细菌的混合菌或单一光合细菌或厌氧发酵细菌，接种量为5%～35%（v/v），且在阴极室所加入溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等。

3.根据权利要求2所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，其特征在于：当微生物电解池采用双室微生物电解池时，在阴极室中还加入pH为4.8、浓度为40～80mM·L^-1的磷酸盐缓释剂，所加入的磷酸盐缓释剂与铁***溶液或亚硫酸钾溶液的比例为4：1；且在阴极室所加入溶液的体积与阳极室所加的溶液的体积相等。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于纤维素同步酶解发酵与微生物电解池产氢的耦合方法，其组合培养基的配方为：5.8～6.2g·L^-1Na₂HPO₄，2.8～3.2g·L^-1KH₂PO₄，0.08～0.12g·L^-1CO（NH₂）₂，0.5～0.7g·L^-1NaCl，0.2～0.24g·L^-1MgSO₄·7H₂O，14～16mg·L^-1CaCl₂·2H₂O和6～12mg·L^-1微量元素溶液，其中微量元素为：Mo、Fe、Zn、Co或Cu。