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氢气（H2）作为一种可再生的清洁能源,在能源问题越来越严重的今天受到了全世界研究学者的关注。目前,制备氢气的方法有很多种,其中主要的制氢方法有:水分解制氢、天然气制氢和生物质制氢。相比于其他的制氢方法,生物质制氢有着原料广泛、成本低、无二次污染等优点。但是目前生物制氢的产量难以达到工业上的需求,由于生物产氢的本质是通过H+消耗发酵过程生物体内积累的电子,针对生物暗发酵的产氢量效率低,因此提高微生物生物制氢效率是一个值得研究的课题。本文主要针对纳米颗粒促进生物暗发酵产氢的机理和热力学分析进行了深入的研究。已有多数研究学者对生物利用葡萄糖进行生物制氢以及该制氢过程中的热力学进行了报道,但是对于生物利用木糖进行生物制氢以及制氢过程的热力学还未见报道。因此本文首先研究了Klesiella oxytoca GS-4-08甲酸裂解途径转化戊糖生物制氢的热力学。以一种重要的半纤维素水解产物——木糖为代表,在电子当量平衡的基础上,构建了克雷伯氏菌发酵木糖的完全化学计量反应方程式,然后计算了每个反应的吉布斯自由能。热力学分析结果表明,发酵木糖生成乙酰辅酶A的步骤是所有间歇实验的热力学瓶颈。考虑到实际纸浆造纸类废水中通常含有木质纤维素类废弃物以及用于染色的染色剂等污染物,因此本文考察了在染料存在条件下的木糖制氢情况。以含有偶氮染料的木糖溶液为代表,利用热力学的手段分析克雷伯氏菌利用木糖产氢的同时脱色偶氮染料。结果表明,相比于没有添加偶氮染料体系的氢气摩尔产率（2.14 mol H2/mol糖）,添加0.3 mM甲基红（MR）染料体系的氢气摩尔产率下降了0.12 mol H2/mol糖（2.02 mol H2/mol糖）,热力学分析发现甲酸裂解产氢反应和生成乙醇反应的（△Go）’值有明显变化,这可能是由于MR的存在影响了甲酸氢裂解酶（FHL）和产乙醇酶的活性。本文通过测定酶活实验证明,0.1 mM MR的存在,会抑制甲酸氢裂解酶（FHL）和产乙醇酶的活性,因此可以得出结论:羧基偶氮染料MR存在下,甲酸裂解反应和产乙醇反应成为热力学瓶颈,吉布斯自由能的变化可能是由于对酶活的抑制所导致。由于生物制氢过程的本质是通过质子与电子结合,释放出氢气,从而消耗生物发酵过程中体内累积的电子。在先前的研究中已发现,游离的蒽醌-2-磺酸钠（AQS）可以作为氧化还原介质（RM）促进生物的胞外电子传递,并已有研究发现可以将游离的AQS固定在还原氧化石墨烯（rGO）上,制备成AQS@rGO纳米颗粒。本文首次报道了AQS@rGO纳米颗粒可能作为RM来加速偶氮染料的生物还原。制备出的AQS@rGO对阴离子偶氮染料的吸附能力较弱,但在氧化石墨烯（GO）存在的情况下,在间歇式实验和序批式反应器（AnSRB）中AQS@rGO纳米粒子对甲基橙（MO）的生物还原速率都提高了1.5-2倍。同时,本研究中也测定了固体AQS@rGO醌自由基的电子顺磁共振（EPR）信号。实验结果显示,所制备的AQS@rGO在7个周期的AnSRB运行周期中,对MO的生物脱色保持了稳定高效的催化效果。AQS@rGO加速了偶氮染料的还原可能是由于空间电荷层的形成,从而促进了高导电性的rGO薄膜向AQS分子的C=O基团的有效电荷转移。该材料作为一种高效、经济的RM,与已经报道的可溶性和不可溶性RM相比,制备的AQS@rGO纳米颗粒具有高效、低成本和可重复使用的特点。上述结果表明,本研究中合成出的AQS@rGO纳米材料可以作为RM促进生物降解MO过程中的胞外电子传递,但AQS@rGO纳米材料作为RM促进生物制氢过程中的胞外电子传递仍有待探究。因此本文以Klesiella oxytoca GS-4-08为模式菌株,探究AQS@rGO纳米颗粒对Klesiella oxytoca GS-4-08利用木糖暗发酵产氢的影响。首先考察了温度对于Klesiella oxytoca GS-4-08利用木糖暗发酵产氢的影响,结果表明,35oC是Klesiella oxytoca GS-4-08利用木糖暗发酵产氢的最佳反应温度,在此温度下生物体内氢化酶在产氢时的活性是最高的,累积产氢量可以达到0.154196 mol H2/mol-糖;当温度高于35oC后,发酵产氢量呈断崖式下降,但是当温度低于35oC时发酵产氢量是缓慢下降。这对暗发酵生物制氢在规模化生产中的应用有着一定的指导意义。