CN103194375B - 一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置与方法。该装置的主要部分为电动浓缩装置和真空保温自动控温的微藻装置，在电压作用下，电动浓缩装置的阳极室和阴极室分别电动产生H+和OH-。空气中的二氧化碳进入阴极室转化为HCO3 -以及CO3 2-形式，并在电迁移作用下透过阴离子交换膜进入阳极室，在阳极室内获得高浓度CO2气体；被浓缩的CO2用于真空保温自动控温的微藻装置中微藻的培养。将该装置应用于空气中或食品发酵过程中CO2的回收，作为合成食用微藻等的原料，具有一定的经济价值，且流程简单，无需化学试剂、无污染，易于拆卸检查。
Description
技术领域
本发明涉及一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置与方法。
背景技术
随着对微藻类研究的深入，研究人员发现，微藻类具有保健功能和有机物质提取价值。藻类中含有的藻蛋白和脂肪等物质，将其提取可以实现药用价值和实现藻类制备有机燃料的可能性。微藻类利用光合作用生长，一般以二氧化碳为碳源，而空气中的二氧化碳浓度低，直接将其用于微藻类的培养将延长微藻的生长周期和生长质量。本发明提供了一种浓缩空气中的二氧化碳培养微藻的装置和方法，将空气中原先浓度约0.03%的二氧化碳浓缩后提取浓度大于99.0%的二氧化碳气体通入到微藻培养箱中，为其提供碳源，同时，在培养箱中设置温度控制装置，保证良好的温度环境，进而生产优质藻类。
发明内容
本发明的目的是克服现技术的不足，提供一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置与方法。
浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置包括空气泵、气体前处理装置、在线监控器、电动浓缩装置、压力控制器、真空保温自动控温微藻培养池、阴极液罐、阳极液罐、控制阀门、喷淋装置；电动回收二氧化碳装置包括阴极板、阳极板、电源、阴离子交换膜、中性导电填料、阴极室、阳极室，电动浓缩装置本体用阴离子交换膜分隔成阴极室、阳极室，阴极室和阳极室内填充有中性导电填料，阴极室内设有阴极板，阴极板与直流电源负极相连，阳极室内设有阳极板，阳极板与直流电源正极相连，真空保温自动控温微藻培养池中设置二氧化碳曝气装置和真空保温管，其中，真空保温管包括顺次相连的导线、温度调节装置自动温度控制加热器，空气泵与气体前处理装置相连，气体前处理装置经在线监控器与电动回收二氧化碳装置的阴极室相连，阴极室底部液体出口经在线监控器、阴极液罐、控制阀门与高位吸收槽顶部液体入口相连，高位吸收槽底部液体出口与阴极室顶部的喷淋装置相连，阴极室顶部的气体出口经在线监控器分别于第一出气口和第二出气口相连，第一出气口经控制阀门与高位吸收槽下部气体入口相连，第二出气口经控制阀门通入大气，阳极室底部液体出口经在线监控器、阳极液罐、控制阀门与阳极室顶部的喷淋装置相连，阳极室顶部出气口经压力控制器与真空保温自动控温微藻培养池相连；
所述的真空保温自动控温微藻培养池由至少一根真空保温管组成；真空保温管直径为5.0cm至50.0cm、长度为50.0cm至5000.0cm。
所述的真空保温管为硬质玻璃、石英玻璃、丙烯酸树酯、PVC透明塑料板、聚丙板中的一种或多种。
所述的中性导电填料为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。
所述的阴极板和阳极板的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物。
所述的导电金属或导电金属氧化物表面涂敷有PbO2、RuO2、IrO2、TiO2、MnO2中至少一种。
浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的方法是：电动浓缩装置在20V以上产生直流电，促使阳极室内产生大量H+，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室产生大量OH-，形成碱性氛围，pH≥13.0；空气中的气体经空气泵吹气和气体前处理装置的除尘预处理后，经在线监控器进入电动浓缩的阴极室，空气中的二氧化碳与电动产生的碱液反应生成碳酸根或碳酸氢根，其余气体不吸收排放，生成的酸根离子在电场的作用下迁移，经过阴离子交换膜进入阳极室，与电动产生H+的结合并生成纯净的CO2气体，生成的CO2气体经压力控制器进入真空保温自动控温微藻培养池，为藻类光合作用提供碳源，真空保温自动控温微藻培养池中设置真空保温管，在自动温度控制加热器的作用下保证藻类生长温度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）流程简单，实现回收空气中二氧化碳培养微藻；
2）电动产生H+和OH-，无需化学试剂、无污染；
3）提高微藻的生长速度和质量；
4）易于拆卸检查。
附图说明
图1是浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的的装置结构示意图；
图2是本发明的真空保温微藻培养器结构示意图；
图3是本发明的自动控温防水加热器结构示意图；
图4是浓缩空气中二氧化碳培养对螺旋藻的生长曲线图；
图5是培养池温度和室外温度变化曲线图；
图中：空气泵1、气体前处理装置2、在线监控器3、电动浓缩装置4、压力控制器5、真空保温自动控温微藻培养池6、阴极板7、阳极板8、电源9、阴离子交换膜10、中性导电填料11、阴极室12、阳极室13、阳极液罐14、阴极液罐15、控制阀门16、喷淋装置17、高位吸收槽18、二氧化碳曝气装置19、中空真空保温管20、自动温度控制加热器21、温度调节装置22、导线23。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置包括空气泵1、气体前处理装置2、在线监控器3、电动浓缩装置4、压力控制器5、真空保温自动控温微藻培养池6、阳极液罐14、阴极液罐15、控制阀门16、喷淋装置17；电动回收二氧化碳装置4包括阴极板7、阳极板8、电源9、阴离子交换膜10、中性导电填料11、阴极室12、阳极室13，电动浓缩装置4本体用阴离子交换膜10分隔成阴极室12、阳极室13，阴极室12和阳极室13内填充有中性导电填料11，阴极室12内设有阴极板7，阴极板7与直流电源9负极相连，阳极室13内设有阳极板8，阳极板8与直流电源9正极相连，真空保温自动控温微藻培养池6中设置二氧化碳曝气装置19和真空保温管20，其中，真空保温管20包括顺次相连的导线23、温度调节装置22、自动温度控制加热器21，空气泵1与气体前处理装置2相连，气体前处理装置2经在线监控器3与电动回收二氧化碳装置4的阴极室12相连，阴极室12底部液体出口经在线监控器3、阴极液罐15、控制阀门16与高位吸收槽18顶部液体入口相连，高位吸收槽18底部液体出口与阴极室12顶部的喷淋装置17相连，阴极室12顶部的气体出口经在线监控器3分别于第一出气口和第二出气口相连，第一出气口经控制阀门16与高位吸收槽18下部气体入口相连，第二出气口经控制阀门16通入大气，阳极室13底部液体出口经在线监控器3、阳极液罐14、控制阀门16与阳极室13顶部的喷淋装置17相连，阳极室13顶部出气口经压力控制器5与真空保温自动控温微藻培养池6相连；
所述的真空保温自动控温微藻培养池6由至少一根真空保温管20组成；真空保温管20直径为5.0cm至50.0cm、长度为50.0cm至5000.0cm。
所述的真空保温管20为硬质玻璃、石英玻璃、丙烯酸树酯、PVC透明塑料板、聚丙板中的一种或多种。
所述的中性导电填料11为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。
所述的阴极板7和阳极板8的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物。
所述的导电金属或导电金属氧化物表面涂敷有PbO2、RuO2、IrO2、TiO2、MnO2中至少一种。
浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的方法是：电动浓缩装置4在20V以上产生直流电，促使阳极室13内产生大量H+，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室12产生大量OH-，形成碱性氛围，pH≥13.0；空气中的气体经空气泵1吹气和气体前处理装置2的除尘预处理后，经在线监控器3进入电动浓缩装置4的阴极室12，空气中的二氧化碳与电动产生的碱液反应生成碳酸根或碳酸氢根，其余气体不吸收排放，生成的酸根离子在电场的作用下迁移，经过阴离子交换膜10进入阳极室13，与电动产生H+的结合并生成纯净的CO2气体，生成的CO2气体经压力控制器5进入真空保温自动控温微藻培养池6，为藻类光合作用提供碳源，真空保温自动控温微藻培养池6中设置真空保温管20，在自动温度控制加热器21的作用下保证藻类生长温度。
实施例1：
采用如图一采用浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的的装置吸收空气中的二氧化碳应用于螺旋藻的培养，培养池中的pH保持接近于10.0，初始螺旋藻接种的量的OD值为0.160，经过培养后几乎每天生物量扩增一倍，获得如图4的生物量生长图。利用干净的地表水添加适量含有氨氮和微量元素，充入浓缩空气中的二氧化碳在不添加其它在机碳的情况下，螺旋藻生长与专用培养液相类同的效果，并获得高质量的螺旋藻藻蛋白。
实施例2：
实施例2中采用浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的的装置回收啤酒发酵罐中的发酵液中的二氧化碳，经过电动浓缩装置处理后获得的二氧化碳气体纯度高达97.8%，该部分回收的二氧化碳直接作为螺旋藻培养的添加剂和工作介质，获得较高的培养质量。
浓缩发酵中二氧化碳培养螺旋藻的生长及生物质
实施例3：
实施例3中采用浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的的装置与方法回收空气中二氧化碳装置培养螺旋藻。直接从阴极室底端通入空气，培养时间为冬季。如图5所示，当室外温度在0度时，培养池中的温度可以控制在27－31度，28-30℃为螺旋藻培养的最佳温度。此外，室外温度变化在0℃至20℃范围，经过9000分钟（即７天）培养池温度始终维持在约29℃。
Claims (7)
1.一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置，其特征在于包括空气泵（1）、气体前处理装置（2）、在线监控器（3）、电动浓缩装置（4）、压力控制器（5）、真空保温自动控温微藻培养池（6）、阳极液罐（14）、阴极液罐（15）、控制阀门（16）、喷淋装置（17）；电动浓缩装置（4）包括阴极板（7）、阳极板（8）、电源（9）、阴离子交换膜（10）、中性导电填料（11）、阴极室（12）、阳极室（13），电动浓缩装置（4）本体用阴离子交换膜（10）分隔成阴极室（12）、阳极室（13），阴极室（12）和阳极室（13）内填充有中性导电填料（11），阴极室（12）内设有阴极板（7），阴极板（7）与直流电源（9）负极相连，阳极室（13）内设有阳极板（8），阳极板（8）与直流电源（9）正极相连，真空保温自动控温微藻培养池（6）中设置二氧化碳曝气装置（19）和真空保温管（20），其中，真空保温管（20）包括顺次相连的导线（23）、温度调节装置（22）、自动温度控制加热器（21），空气泵（1）与气体前处理装置（2）相连，气体前处理装置（2）经在线监控器（3）与电动浓缩装置（4）的阴极室（12）相连，阴极室（12）底部液体出口经在线监控器（3）、阴极液罐（15）、控制阀门（16）与高位吸收槽（18）顶部液体入口相连，高位吸收槽（18）底部液体出口与阴极室（12）顶部的喷淋装置（17）相连，阴极室（12）顶部气体出口经在线监控器（3）分别于第一出气口和第二出气口相连，第一出气口经控制阀门（16）与高位吸收槽（18）下部气体入口相连，第二出气口经控制阀门（16）通入大气，阳极室（13）底部液体出口经在线监控器（3）、阳极液罐（14）、控制阀门（16）与阳极室（13）顶部的喷淋装置（17）相连，阳极室（13）顶部出气口经压力控制器（5）与真空保温自动控温微藻培养池（6）相连。
2.根据权利要求1所述的一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置，其特征在于所述的真空保温自动控温微藻培养池（6）由至少一根真空保温管（20）组成；真空保温管（20）直径为5.0cm至50.0cm、长度为50.0cm至5000.0cm。
3.根据权利要求2所述的一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置，其特征在于所述的真空保温管（20）为硬质玻璃、石英玻璃、丙烯酸树酯、PVC透明塑料板、聚丙板中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置，其特征在于所述的中性导电填料（11）为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置，其特征在于所述的阴极板（7）和阳极板（8）的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物。
6.根据权利要求5所述的一种浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的装置，其特征在于所述的导电金属或导电金属氧化物表面涂敷有PbO2、RuO2、IrO2、TiO2、MnO2中至少一种。
7.一种使用如权利要求1所述装置的浓缩回收空气中二氧化碳用于培养微藻的方法，其特征在于电动浓缩装置（4）在20V以上产生直流电，促使阳极室（13）内产生大量H+，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室（12）产生大量OH-，形成碱性氛围，pH≥13.0；空气中的气体经空气泵（1）吹气和气体前处理装置（2）的除尘预处理后，经在线监控器（3）进入电动浓缩装置（4）的阴极室（12），空气中的二氧化碳与电动产生的碱液反应生成碳酸根或碳酸氢根，其余气体不吸收排放，生成的酸根离子在电场的作用下迁移，经过阴离子交换膜（10）进入阳极室（13），与电动产生H+的结合并生成纯净的CO2气体，生成的CO2气体经压力控制器（5）进入真空保温自动控温微藻培养池（6），为藻类光合作用提供碳源，真空保温自动控温微藻培养池（6）中设置真空保温管（20），在自动温度控制加热器（21）的作用下保证藻类生长温度。
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