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以农作物秸秆为原料进行生物制氢，实现了清洁能源生产和农业废弃物高值化利用。暗-光联合生物制氢可以提高底物的转化效率，其中，暗-光联合生物制氢过渡态特性和调控机制的研究是实现高效产氢的关键。本文首先对暗发酵制氢过程进行调控，优化底物代谢和产物生产，以此基础对后续光发酵生物制氢过程进行了分析，揭示了暗.光联合生物制氢过渡态产氢料液的理化性质及其变化规律，优化了暗-光联合生物制氢的工艺调控方法，并从宏观和微观的角度，提出了底物电子转移与产氢特性间的相关关系，建立了暗.光联合生物制氢过渡态凋控工艺和产氢性能之间的灰色预测模型GM(1，N)，对进一步研究和完善暗-光联合生物制氯理论和技术具有重要的科学意义。
(1)同步糖化发酵更适宜于暗发酵产氢阶段，以玉米秸秆、水稻秸秆、玉米芯和高粱秸秆为底物时，同步糖化方式的累积产氯量比分步糖化方式分别提高了20.54％、10.31％、13.gg％和5.92％，产氢周期由108h缩短为60h。初始pH、温度和酶负荷是影响同步糖化发酵制运行的显著因素，通过中心旋转组合实验对产氢过程进行优化，得到最佳产氢条件为初始pH5.63、温度45.41℃和酶负荷200mg/g，玉米秸秆的累积产氢最为83.67mL/g TS，发酵液中的乙酸和丁酸的浓度分别为3652.23±202mg/L和945±79mg/L，代谢类型主要是乙酸型发酵和丁酸型发酵途径。
(2)光合细菌对波长325nm、382nm、490nm、592nm、807nm和865nm光谱有明显的吸收性，光合细菌主要依靠叶绿素a和类胡萝卜素捕获光电子;采用Logistic方程对菌种的生长特性分析，得到菌种的最大浓度可以达到0.85g/L，实际最大值为0.83g/L，光合细菌HAU-MI的最佳运行条件为初始pH为7，温度为30℃和光照强度为3000lx;代谢类型主要是乙酸型发酵和丁酸型发酵途径。
(3)通过调节暗发酵制氧尾液的理化性质及其后续光生化制氢特性进行分析，提出了暗-光联合生物制氢过渡态的调控机制，结果表明定量调节氨根浓度为2.12±0.32mM时，产氢效果最佳，5.31％的底物电子能量转移到氨气;过渡态培养基中无氯化钠和氯化铵时，10.66％底物电子转移到氢气，显著高于其它类型培养基:暗发酵尾液稀释比例为1∶0.5时，过渡态获得最高的累积产氢量，为72.49±2.5mL，底物电子转移到氢气的比例沟27.24％;酶解液与暗发酵尾液比例为1∶2时，有机碳的转化效率提高最显著，为1251.27±54.78H2mL/g TOC。对暗一光联合生物制氮过渡态的光照强度等分析，得出较高的光照强度和细菌接种量导致过渡态底物中的大量能量转移到菌种生长和SMPs的生成，不利于氢气的产出。利用GM(1，6)灰色模型对暗一光联合生物制氢过渡态进行建模，得出产氯量与稀释比、碳氮比和光照强度等因素呈正相关关系，而与氨根浓度和菌种量呈负向相关关系，模型的平均相对误差为7.87％，预测模拟效果较好。
(4)通过对暗.光联合生物制氢过渡态产氢过程强化机理的研究，得出微量元素添加剂和发酵模式的调控可以显著提高系统的产氢能力。L-半胱氨酸和Fe3O4NPs的添加可以为产氢微生物的代谢营造一个还原性环境，300mg/L L-半胱氨酸和100mg/L Fe3O4NPs的添加，可使产氨量分别达到195.5±8.6mL和190.81±7.6mL，且固氮酶活性也达到最大，分别为1423±44和1322±32nmolC2H4/mL/h。此时，底物电子转移到氢气的比例最大，分别为29.94％和29.24％，更高的微量元素浓度会导致大量的能量转移到SMPs，抑制氯气的生成。同时添加L-半胱氨酸和Fe3O4NPs，二者的添加间隔时间对产气过程有显著影响，间隔时间12h能够削弱两者发生的蝥合反应对产氢代谢的抑制作用，此时的产氢量为234.55±7.5mL，固氮酶的活性达到1725±60nmolC2H2/mL/h，是对照组的2.12倍，35.94％底物电子转移到氢气，而间隔时间为24h，则24.22％的底物电子转移到SMPs，造成大量的底物电子浪费。采用Han-Levenspiel模型对微量元素浓度及平均产氢速率间的动力学特性进行分析，得出添加L-半胱氨酸和Fe3O4NPs的发酵体系是非竞争抑制，即随着试剂的浓度增加，产氢抑制逐渐增强，L-半胱氨酸和Fe3O4NPs的临界浓度分别为4630.87mg/L和1969.18mg/L。半连续发酵模式最适宜于暗.光联合生物制氢过程，可以显著提高暗.光联合过渡态的产氢性能，并便予进行过渡态调控，对该模式进行工艺参数优化，得出最佳运行参数为置换体积为50％，置换时间为24h，得到最大产氢速率8.44mL/h，产氢量为1386.22±44.23mL H2/g TOC，底物电子转移到氢气的比例为37.71％。
(1)同步糖化发酵更适宜于暗发酵产氢阶段，以玉米秸秆、水稻秸秆、玉米芯和高粱秸秆为底物时，同步糖化方式的累积产氯量比分步糖化方式分别提高了20.54％、10.31％、13.gg％和5.92％，产氢周期由108h缩短为60h。初始pH、温度和酶负荷是影响同步糖化发酵制运行的显著因素，通过中心旋转组合实验对产氢过程进行优化，得到最佳产氢条件为初始pH5.63、温度45.41℃和酶负荷200mg/g，玉米秸秆的累积产氢最为83.67mL/g TS，发酵液中的乙酸和丁酸的浓度分别为3652.23±202mg/L和945±79mg/L，代谢类型主要是乙酸型发酵和丁酸型发酵途径。
(2)光合细菌对波长325nm、382nm、490nm、592nm、807nm和865nm光谱有明显的吸收性，光合细菌主要依靠叶绿素a和类胡萝卜素捕获光电子;采用Logistic方程对菌种的生长特性分析，得到菌种的最大浓度可以达到0.85g/L，实际最大值为0.83g/L，光合细菌HAU-MI的最佳运行条件为初始pH为7，温度为30℃和光照强度为3000lx;代谢类型主要是乙酸型发酵和丁酸型发酵途径。
(3)通过调节暗发酵制氧尾液的理化性质及其后续光生化制氢特性进行分析，提出了暗-光联合生物制氢过渡态的调控机制，结果表明定量调节氨根浓度为2.12±0.32mM时，产氢效果最佳，5.31％的底物电子能量转移到氨气;过渡态培养基中无氯化钠和氯化铵时，10.66％底物电子转移到氢气，显著高于其它类型培养基:暗发酵尾液稀释比例为1∶0.5时，过渡态获得最高的累积产氢量，为72.49±2.5mL，底物电子转移到氢气的比例沟27.24％;酶解液与暗发酵尾液比例为1∶2时，有机碳的转化效率提高最显著，为1251.27±54.78H2mL/g TOC。对暗一光联合生物制氮过渡态的光照强度等分析，得出较高的光照强度和细菌接种量导致过渡态底物中的大量能量转移到菌种生长和SMPs的生成，不利于氢气的产出。利用GM(1，6)灰色模型对暗一光联合生物制氢过渡态进行建模，得出产氯量与稀释比、碳氮比和光照强度等因素呈正相关关系，而与氨根浓度和菌种量呈负向相关关系，模型的平均相对误差为7.87％，预测模拟效果较好。
(4)通过对暗.光联合生物制氢过渡态产氢过程强化机理的研究，得出微量元素添加剂和发酵模式的调控可以显著提高系统的产氢能力。L-半胱氨酸和Fe3O4NPs的添加可以为产氢微生物的代谢营造一个还原性环境，300mg/L L-半胱氨酸和100mg/L Fe3O4NPs的添加，可使产氨量分别达到195.5±8.6mL和190.81±7.6mL，且固氮酶活性也达到最大，分别为1423±44和1322±32nmolC2H4/mL/h。此时，底物电子转移到氢气的比例最大，分别为29.94％和29.24％，更高的微量元素浓度会导致大量的能量转移到SMPs，抑制氯气的生成。同时添加L-半胱氨酸和Fe3O4NPs，二者的添加间隔时间对产气过程有显著影响，间隔时间12h能够削弱两者发生的蝥合反应对产氢代谢的抑制作用，此时的产氢量为234.55±7.5mL，固氮酶的活性达到1725±60nmolC2H2/mL/h，是对照组的2.12倍，35.94％底物电子转移到氢气，而间隔时间为24h，则24.22％的底物电子转移到SMPs，造成大量的底物电子浪费。采用Han-Levenspiel模型对微量元素浓度及平均产氢速率间的动力学特性进行分析，得出添加L-半胱氨酸和Fe3O4NPs的发酵体系是非竞争抑制，即随着试剂的浓度增加，产氢抑制逐渐增强，L-半胱氨酸和Fe3O4NPs的临界浓度分别为4630.87mg/L和1969.18mg/L。半连续发酵模式最适宜于暗.光联合生物制氢过程，可以显著提高暗.光联合过渡态的产氢性能，并便予进行过渡态调控，对该模式进行工艺参数优化，得出最佳运行参数为置换体积为50％，置换时间为24h，得到最大产氢速率8.44mL/h，产氢量为1386.22±44.23mL H2/g TOC，底物电子转移到氢气的比例为37.71％。