CN211170036U - 一种简便高效制备富氢水的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种简便高效制备富氢水的装置。包括微藻光合产氢系统，排水收气系统和富氢水收集系统，所述微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统通过无菌导管顺序连接；所述微藻培养瓶内放置有由光合微藻细胞悬浮液及缺硫TAP培养液形成的微藻培养液。本实用新型所公开的制备富氢水的装置，可以利用光合微藻通过太阳能产生氢气并同时制备富氢水。与已存在于市面上的富氢水制备装置相比，本实用新型具有简便、经济、清洁及高效的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源及生物制氢技术领域，具体涉及一种简便高效制备富氢水的装置。
背景技术
氢是自然界最小的分子，也是宇宙中含量最多的分子，是水的重要成分，对生命的贡献是巨大的。氢气的穿透性极强，容易穿透皮肤和黏膜而进入细胞和各细胞器，极易被人体吸收并利用。氢气具有抗氧化作用，能够高效清除恶性自由基，使细胞保持有效的免疫力和自我修复能力。因此氢气在医学治疗及美容美体抗衰老方面有极大的应用价值。但由于氢气具有易燃易爆性的安全隐患，在使用上存在一定局限性。目前比较理想的方法是将氢气溶解在水或水溶液中，制备富氢水，通过饮用或静脉注射的途径摄入体内。
目前市面上的富氢水制备装置主要有富氢水机和制氢棒等，富氢水机又分为电解式富氢水机和化学反应式富氢水机。电解式富氢水机采用的是电解水的方法，通过电解水产生氢气，电解水机的好坏主要在于电解槽中电极使用的材料，好的电极价格不菲，差的电极电解时水中的重金属含量有超标风险。化学反应式富氢水机，当水通过滤芯中添加的镁粒子等金属粒子时，化学反应产生的氢气随水流一起流出，随着使用的次数增加，可用于化学反应的金属被氧化，效果会明显下降。制氢棒制备富氢水的原理与化学反应式富氢水机相似，通过镁离子和水反应产生氢气，同样随着使用次数增加，镁离子被氧化，效果明显下降。另外还有通过高压将高纯度工业氢气溶解到水中，这不但会造成氢气的大量浪费且具有极大的安全隐患。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种制备富氢水的装置。
本实用新型所提供的制备富氢水的装置，包括微藻光合产氢系统，排水收气系统和富氢水收集系统，所述微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统通过无菌导管顺序连接；
所述微藻光合产氢系统包括一个微藻培养瓶，
所述微藻培养瓶内放置有由光合微藻细胞悬浮液及缺硫TAP培养液形成的微藻培养体系；
所述光合微藻具体可为莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)；
所述缺硫TAP培养液通过将TAP培养液中的硫化物以等摩尔换成相应的氯化物；
其中，所述TAP培养液的组成为(g/L)：NH4Cl 0.4；MgSO4·7H2O 0.1；CaC12·2H2O0.05；K2HPO4 0.108；KH2PO4 0.056；Trisbase 2.423；Hutner’s trace element 1mL，冰乙酸1ml；
所述微藻光合产氢系统还可进一步包括一组LED灯，一个磁力搅拌器、太阳能板和蓄电池；
所述太阳能板用于将太阳能转化为电能储存于蓄电池中；
所述蓄电池用于对LED灯及磁力搅拌器供电，以支持微藻光合产氢；
所述微藻培养瓶的瓶口采用带有无菌导管的橡皮塞密闭，
所述排水收气系统为一个装满灭菌生理盐水的无菌瓶；
所述富氢水收集系统为真空无菌袋；
所述微藻光合产氢系统通过所述橡皮塞上带有的无菌导管与所述装满灭菌生理盐水的无菌瓶的一端连接，所述装满灭菌生理盐水的无菌瓶的另一端与真空无菌袋连接；
所述连接微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统的无菌导管上均带有可控阀门。
具体地，所述富氢水收集系统可由多个串联的真空无菌袋组成，每个真空无菌袋之间均采用带可控阀门的无菌导管连接。
本装置与现在市场上已有的制备富氢水的装置相比具有如下优势：
本装置成本低廉，最大的成本即为太阳能板和蓄电池；
本装置不需要另外提供电能，利用太阳能即可以生成；
本装置清洁卫生，所制备的富氢水中不存在重金属污染问题；
本装置不存在随着使用时间增加效率下降的问题，只需5天更换一次微藻培养液即可持续制备富氢水；
本装置在制备富氢水的同时可以制备得到几乎同等体积的氢气。
附图说明
图1为本实用新型的制备富氢水的装置的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
图1为本实用新型的制备富氢水的装置的示意图。其中，1为微藻光合产氢系统；2为排水收气系统；3为富氢水收集系统。
本实用新型公开了一种制备富氢水的装置，包括微藻光合产氢系统，排水收气系统和富氢水收集系统，所述微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统通过无菌导管顺序连接；
所述微藻光合产氢系统包括一个微藻培养瓶，
所述微藻培养瓶内放置有由光合微藻细胞悬浮液及缺硫TAP培养液形成的微藻培养体系；
所述光合微藻具体可为莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)；
所述缺硫TAP培养液通过将TAP培养液中的硫化物以等摩尔换成相应的氯化物(为北京化学试剂公司的产品)；
其中，所述TAP培养液(为北京化学试剂公司的产品)的组成为(g/L)：NH4Cl 0.4；MgSO4·7H2O 0.1；CaC12·2H2O 0.05；K2HPO4 0.108；KH2PO4 0.056；Trisbase 2.423；Hutner’s trace element 1mL，冰乙酸1ml；
所述微藻光合产氢系统还可进一步包括一组LED灯，一个磁力搅拌器、太阳能板和蓄电池；
所述太阳能板用于将太阳能转化为电能储存于蓄电池中；
所述蓄电池用于对LED灯及磁力搅拌器供电，以支持微藻光合产氢；
所述微藻培养瓶的瓶口采用带有无菌导管的橡皮塞密闭，
所述排水收气系统为一个装满灭菌生理盐水的无菌瓶；
所述富氢水收集系统为真空无菌袋；
所述微藻光合产氢系统通过所述橡皮塞带有的无菌导管与所述装满灭菌生理盐水的无菌瓶的一端连接，所述装满灭菌生理盐水的无菌瓶的另一端与真空无菌袋连接；
所述连接微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统的无菌导管上均带有可控阀门。
具体地，所述富氢水收集系统可由多个串联的真空无菌袋组成，每个真空无菌袋之间均采用带可控阀门的无菌导管连接。
具体地，本实用新型公开了一种制备富氢水的装置(图1)，本装置包括微藻光合产氢系统，排水收气系统和富氢水收集系统。微藻光合产氢系统由一个2L微藻培养瓶、一组LED灯(共8根)，一个磁力搅拌器、两块太阳能板和两块蓄电池组成；排水收气系统是一个装满灭菌生理盐水的无菌玻璃瓶；富氢水收集系统由四个串联的真空无菌袋组成。三个系统之间用无菌导管相连，并且导管上均带有可控阀门。
本装置工作原理及操作非常简单，太阳能板将太阳能转化为电能储存于蓄电池中，蓄电池对LED灯及磁力搅拌器供电，支持微藻持续产生氢气，装置启动12小时后打开阀门1和阀门2，氢气进入排水收气系统，看到气泡产生后打开阀门3和阀门4，无菌生理盐水进入富氢水收集系统，当无菌真空袋I收集满后，打开阀门5，让富氢水流入无菌真空袋II，当无菌真空袋收集满后，有两种操作可以选择：一是关闭阀门4和阀门5，将装满富氢水的无菌真空袋II密闭收集，同时将无菌真空袋III与无菌真空袋I用导管相连；二是打开阀门6，让富氢水流入无菌真空袋III，等真空袋III装满富氢水后，打开阀门7，让富氢水继续流入无菌真空袋VI。当排水收气系统中的生理盐水全部排出后，密闭收集无菌瓶和无菌袋，此时无菌瓶中充满氢气，无菌袋中装满了无菌富氢水。更换新的排水收气系统和富氢水收集系统，继续收集氢气和富氢水。通过上述装置，一瓶2L微藻培养体系(其中，光合微藻细胞的起始叶绿素浓度为25μg/mL)可以在五天(120小时)内生产约13L富氢水和13L的氢气。(培养温度为25℃，培养光照为100μEs-1m-2)。
其中，2L微藻培养液通过下述方法得到：
a)挑取平板培养两周内的光合微藻细胞转入TAP培养液中，25℃，60rpm，100μEs- 1m-2摇床培养24—36h，得到预培养的光合微藻细胞；
b)将预培养的光合微藻细胞接种至TAP培养液中(预培养的光合微藻细胞在TAP培养液中的起始浓度为1-5×105cells/ml，培养24-36小时；
上述方法中，TAP培养液的组成为(g/L)：NH4Cl 0.4；MgSO4·7H2O 0.1；CaC12·2H2O0.05；K2HPO4 0.108；KH2PO4 0.056；Trisbase 2.423；Hutner’s trace element 1mL，冰乙酸1ml；
固体TAP培养基为：在TAP培养液中加1.5％的琼脂粉；
Hutner’s trace element(g/L):(为sigma公司的产品)
c)25℃，2500rpm离心4min收集细胞，每1000mL微藻培养液用500ml左右的缺硫培养基洗细胞一次，用30ml左右的缺硫TAP培养液悬浮细胞，测叶绿素浓度；
d)取20μl悬浮细胞，加入980μl缺硫培养液，再加入4ml丙酮，混匀，5000rpm，5分钟；
e)取离心后的上清，测定663nm和645nm处的吸光值，根据下面的公式计算总叶绿素含量：
Chl(a+b)＝8.02×OD663+20.21×OD645
其中，Chl(a+b)表示培养体系叶绿素a和叶绿素b的总量，OD663表示663nm波长处的吸光值；OD645表示645nm波长处的吸光值；
f)计算最终叶绿素浓度达到25μg/ml所需的步骤1中的细胞原液(即细胞悬浮液)体积，将所需体积的细胞悬浮液加入新鲜的缺硫培养基中；
g)采用Schott培养瓶做放氢瓶，培养体系为2000ml，计算最终叶绿素浓度达到25μg/ml所需的4步骤中的细胞原液体积，加入所需体积的细胞悬浮液，用缺硫TAP培养液补足到2000ml，得到2L微藻培养体系(光合微藻细胞的起始叶绿素浓度为25μg/mL)。
Claims (7)
1.一种制备富氢水的装置，其特征在于：所述制备富氢水的装置包括微藻光合产氢系统，排水收气系统和富氢水收集系统，所述微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统通过无菌导管顺序连接；
所述微藻光合产氢系统包括一个微藻培养瓶，
所述微藻培养瓶内放置有由光合微藻细胞悬浮液及缺硫TAP培养液形成的微藻培养体系；
所述微藻光合产氢系统还包括一组LED灯，一个磁力搅拌器、太阳能板和蓄电池；
所述太阳能板用于将太阳能转化为电能储存于蓄电池中；
所述蓄电池用于对LED灯及磁力搅拌器供电，以支持微藻光合产氢。
2.根据权利要求1所述的制备富氢水的装置，其特征在于：所述排水收气系统为一个装满灭菌生理盐水的无菌瓶。
3.根据权利要求2所述的制备富氢水的装置，其特征在于：所述富氢水收集系统为真空无菌袋。
4.根据权利要求3所述的制备富氢水的装置，其特征在于：所述微藻培养瓶的瓶口采用带有无菌导管的橡皮塞密闭。
5.根据权利要求4所述的制备富氢水的装置，其特征在于：所述微藻光合产氢系统通过所述橡皮塞上带有的无菌导管与所述装满灭菌生理盐水的无菌瓶的一端连接，所述装满灭菌生理盐水的无菌瓶的另一端与真空无菌袋连接。
6.根据权利要求5所述的制备富氢水的装置，其特征在于：所述连接微藻光合产氢系统、排水收气系统和富氢水收集系统的无菌导管上均带有可控阀门。
7.根据权利要求6所述的制备富氢水的装置，其特征在于：所述富氢水收集系统由多个串联的真空无菌袋组成，每个真空无菌袋之间均采用带可控阀门的无菌导管连接。
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| WO2023279931A1 (zh) * | 2021-07-09 | 2023-01-12 | 中国科学院植物研究所 | 基于高产氢突变株的藻氢生产方法、制氢储氢装置及发电装置 |
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