CN213977664U - 一种高效产氧的微藻固定装置及一种空气净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效产氧的微藻固定装置及一种空气净化器，属于微藻固定化技术领域。本实用新型的高效产氧的微藻固定装置，包括半透膜，涂覆于半透膜一侧的凝胶层，所述凝胶层内固定有微藻，以及，置于半透膜另一侧的微藻培养液容置腔。本实用新型的高效产氧的微藻固定装置，相比较于传统的悬浮液微藻具有以下优点：(1)通过凝胶固定微藻的方式，提高微藻包埋密度以增加微藻利用效率；(2)通过半透膜将微藻与培养液分离，使得微藻产生的氧气全部释放在周围的环境中，避免了传统悬浮培养微藻时，产生氧气优先进入培养中的问题，大大的提高了微藻释放在空气中的总量。

Description

一种高效产氧的微藻固定装置及一种空气净化器

技术领域

本实用新型涉及一种高效产氧的微藻固定装置及一种空气净化器，属于微藻固定化技术领域。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，人们对煤炭、石油等化石能源的巨大消耗产生了大量的二氧化碳，如何进行高效地固碳，或实现二氧化碳的转化是急需解决的重要问题。微藻作为新型生物能源由于其高效率的光合作用可以将二氧化碳转化为氧气、氢气或者生物柴油等，但同时也具有以下缺点：(1)由于传统悬浮液微藻具有一定的厚度，当光照射时会发生严重的光衰弱现象，这就导致微藻的光合利用率降低，也就意味着产氧量大大减少。(2)传统悬浮液微藻通过光合作用产生的氧气会首先释放在培养液中，只有当培养液中氧气浓度达到饱和时才会与空气进行气体交换，所以真正释放在大气中的氧气量微乎其微。(3)传统悬浮液培养时，由于无法在有限的空间中增加悬浮液微藻的密度，只能通过扩大培养系面积来增加微藻的产氧量，这大大增加了人力和物力的投入。

如专利CN 209362226 U所述，将微藻母液装入微藻生物体净化装置内，通过微藻悬浮液的光合作用进行固碳产氧以达到净化空气的目的，该装置具有集成性较高、便于移动等优点。但是该专利仍旧是采用传统的悬浮液进行产氧，这不可避免的出现由于光衰弱现象使得微藻产氧效率低下以及无法长期循环使用的问题。专利CN 109489147 A针对悬浮液微藻产氧效率低和存活时间短的问题，将微藻吸附于混合材料(纤维素、PVA、无纺布、尼龙、麻布、海绵、生物陶瓷等)表面，并在微藻吸附层的下方设有集水槽，通过导流槽为微藻吸附层提供水分和养分以维持微藻的活性。该方法解决了传统悬浮液微藻产生的氧气首先溶于培养液中的问题，大大提高了微藻的利用效率。需要指出的是该装置采用吸附的方法将微藻固定在混合材料(纤维素、PVA、无纺布、尼龙、麻布、海绵、生物陶瓷等)表面，但吸附法固定化微藻存在微藻保留量低和易脱落的缺点，这会严重影响微藻的利用效率。专利CN110464703 A将微藻包埋在凝胶内应用于局部缺氧病症如伤口感染、创面愈合、关节炎等，该方法具有高效率的产氧效果，同时利用凝胶内的水分可以在较长一段时间内保持微藻的活性。但是该专利内容只适用于短时间内的局部给氧，没有长期的养分和水分的供给系统。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型采用凝胶包埋微藻的方式，利用半透膜将微藻-凝胶与培养液分离，在保持微藻活性的同时将微藻产生的氧气全部释放在周围环境中，大大提高了微藻的产氧效率。

本实用新型的第一个目的是提供一种高效产氧的微藻固定装置，包括半透膜，涂覆于半透膜一侧的凝胶层，所述凝胶层内固定有微藻，以及，置于半透膜另一侧的微藻培养液容置腔。

进一步地，所述的半透膜为袋状半透膜，袋状半透膜的外侧涂覆凝胶层，袋状半透膜的内部为微藻培养液容置腔。

进一步地，所述的高效产氧的微藻固定装置还包括半透膜支撑架，用于支撑所述的半透膜。

进一步地，所述的容置腔设有开口，所述的开口为可闭合开口。

进一步地，所述的微藻为小球藻、硅藻、衣藻、栅藻、扁藻中的一种。

进一步地，所述的凝胶层为海藻酸钠包埋微藻凝胶、琼脂包埋微藻凝胶中的一种。

进一步地，所述的微藻培养液为BG-11培养基、TAP培养基、F/2培养基中的一种。

进一步地，所述的半透膜的截流分子量为3500Da。

进一步地，所述的凝胶层表面设有保护层，所述的保护层为透气透光层。

本实用新型的第二个目的是提供一种空气净化器，所述空气净化器包括所述的微藻固定装置。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种高效产氧的微藻固定装置，相比较于传统的悬浮液微藻具有以下优点：(1)通过凝胶固定微藻的方式，提高微藻包埋密度以增加微藻利用效率；(2)通过半透膜将微藻与培养液分离，使得微藻产生的氧气全部释放在周围的环境中，避免了传统悬浮培养微藻时，产生氧气优先进入培养中的问题，大大的提高了微藻释放在空气中的总量。

附图说明

图1为本实用新型的高效产氧的微藻固定装置的结构示意图；

图2为本实用新型的支撑架的结构示意图；

图3为本实用新型的高效产氧的微藻固定装置的氧气产量图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型所述半透膜应可以通过水分子以及微藻所需要的营养物质，阻止大分子和细胞的通过同时为表面的凝胶提供一定的力学支撑作用，可包括半透膜应包括满足上述条件的任何材料。

如图1所示，本实用新型的一种高效产氧的微藻固定装置，包括半透膜1，涂覆于半透膜1一侧的凝胶层2，所述凝胶层2内固定有微藻，以及，置于半透膜1另一侧的微藻培养液容置腔3。

本实用新型的半透膜为袋状半透膜，袋状半透膜的外侧涂覆凝胶层，袋状半透膜的内部为微藻培养液容置腔。且本实用新型的高效产氧的微藻固定装置还包括半透膜支撑架4，用于支撑半透膜1。

本实用新型的容置腔设有开口5，开口5为可闭合开口，通过设置开口，能够方便进行微藻培养液的更换。

此外，本实用新型中使用的微藻为小球藻、硅藻、衣藻、栅藻、扁藻中的一种。凝胶层为海藻酸钠包埋微藻凝胶、琼脂包埋微藻凝胶等中的一种。微藻培养液为BG-11培养基、TAP培养基、F/2培养基中的一种。

使用的半透膜为透析袋，透析袋的截流分子量为3500Da。

本实用新型的凝胶层2表面还设有保护层6，保护层6为透气透光层。

实施例1：

海藻酸钠凝胶层的制备方法如下：配置10mL的浓度为2％的海藻酸钠溶液，水浴加热搅拌(60℃)4个小时，冷却至室温待用。采用离心机(2000rpm,5min)收集处于指数增长期的微藻(淡水小球藻)悬浮液，向海藻酸钠溶液中加入体积比为1:1微藻浓缩液充分混合，随后向混合液中加入2％浓度的氯化钙溶液，成胶后将残余氯化钙溶液吸出，并采用培养液冲洗3次。最终形成含有微藻的海藻酸钠凝胶层。

实施例2：

向表面涂有凝胶层的透析袋中倒入BG-11微藻培养液，之后将透析袋放入250mL的锥形瓶内(250mL)，向锥形瓶内通入二氧化碳气体洗气1～5min左右，随后将锥形瓶进行密封。整个产氧装置的培养条件为24h光照，光照强度为6000Lux，同时设置相同密度的细胞悬浮液作为对照样。气体收集实验共60天，分为三个循环，每个循环为20天，每当透析袋内培养基消耗完毕后(20天左右)，换上新鲜的培养基。在最后20天结束的时候通过液压的方式将锥形瓶内的气体采用气体收集袋进行收集，并对所收集的气体进行气体成分检测。气体检测结果如图3所示。

结果表明：涂覆在透析袋表面的微藻凝胶层可以稳定持续产氧60天，因为锥形瓶的总体积为250mL，根据图三的气体检测结果表明：微藻凝胶层每20天在锥形瓶内的气体占比为18％，所以氧气总体积为45mL，60天内共可产生135mL氧气。悬浮液培养微藻细胞并没有收集到任何的氧气，这是由于悬浮液微藻所产生的氧气会先溶解在培养液中随后才会释放在空气中，所以可能是悬浮液微藻所产生的氧气量较少，全部溶解在了培养液中所以未能收集到任何气体。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，包括半透膜，涂覆于半透膜一侧的凝胶层，所述凝胶层内固定有微藻，以及，置于半透膜另一侧的微藻培养液容置腔。

2.根据权利要求1所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的半透膜为袋状半透膜，袋状半透膜的外侧涂覆凝胶层，袋状半透膜的内部为微藻培养液容置腔。

3.根据权利要求2所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的高效产氧的微藻固定装置还包括半透膜支撑架，用于支撑所述的半透膜。

4.根据权利要求2所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的容置腔设有开口，所述的开口为可闭合开口。

5.根据权利要求1所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的微藻为小球藻、硅藻、衣藻、栅藻、扁藻中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的凝胶层为海藻酸钠包埋微藻凝胶、琼脂包埋微藻凝胶中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的微藻培养液为BG-11培养基、TAP培养基、F/2培养基中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的半透膜的截流分子量为3500Da。

9.根据权利要求1所述的一种高效产氧的微藻固定装置，其特征在于，所述的凝胶层表面设有保护层，所述的保护层为透气透光层。

10.一种空气净化器，其特征在于，所述空气净化器包括权利要求1所述的微藻固定装置。

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