專利名稱：一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置與方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)微藻類研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)，微藻類具有保健功能和有機(jī)物質(zhì)提取價(jià)值。藻類中含有的藻蛋白和脂肪等物質(zhì)，將其提取可以實(shí)現(xiàn)藥用價(jià)值和實(shí)現(xiàn)藻類制備有機(jī)燃料的可能性。微藻類利用光合作用生長，一般以二氧化碳為碳源，而空氣中的二氧化碳濃度低，直接將其用于微藻類的培養(yǎng)將延長微藻的生長周期和生長質(zhì)量。本發(fā)明提供了一種濃縮空氣中的二氧化碳培養(yǎng)微藻的裝置和方法，將空氣中原先濃度約0.03%的二氧化碳濃縮后提取濃度大于99.0%的二氧化碳?xì)怏w通入到微藻培養(yǎng)箱中，為其提供碳源，同時(shí)，在培養(yǎng)箱中設(shè)置溫度控制裝置，保證良好的溫度環(huán)境，進(jìn)而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藻類。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)技術(shù)的不足，提供一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置與方法。濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置包括空氣泵、氣體前處理裝置、在線監(jiān)控器、電動(dòng)濃縮裝置、壓力控制·器、真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池、陰極液罐、陽極液罐、控制閥門、噴淋裝置；電動(dòng)回收二氧化碳裝置包括陰極板、陽極板、電源、陰離子交換膜、中性導(dǎo)電填料、陰極室、陽極室，電動(dòng)濃縮裝置本體用陰離子交換膜分隔成陰極室、陽極室，陰極室和陽極室內(nèi)填充有中性導(dǎo)電填料，陰極室內(nèi)設(shè)有陰極板，陰極板與直流電源負(fù)極相連，陽極室內(nèi)設(shè)有陽極板，陽極板與直流電源正極相連，真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池中設(shè)置二氧化碳曝氣裝置和真空保溫管，其中，真空保溫管包括順次相連的導(dǎo)線、溫度調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)溫度控制加熱器，空氣泵與氣體前處理裝置相連，氣體前處理裝置經(jīng)在線監(jiān)控器與電動(dòng)回收二氧化碳裝置的陰極室相連，陰極室底部液體出口經(jīng)在線監(jiān)控器、陰極液罐、控制閥門與高位吸收槽頂部液體入口相連，高位吸收槽底部液體出口與陰極室頂部的噴淋裝置相連，陰極室頂部的氣體出口經(jīng)在線監(jiān)控器分別于第一出氣口和第二出氣口相連，第一出氣口經(jīng)控制閥門與高位吸收槽下部氣體入口相連，第二出氣口經(jīng)控制閥門通入大氣，陽極室底部液體出口經(jīng)在線監(jiān)控器、陽極液罐、控制閥門與陽極室頂部的噴淋裝置相連，陽極室頂部出氣口經(jīng)壓力控制器與真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池相連；
所述的真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池由至少一根真空保溫管組成；真空保溫管直徑為
5.0cm 至 50.0cm、長度為 50.0cm 至 5000.0cm。所述的真空保溫管為硬質(zhì)玻璃、石英玻璃、丙烯酸樹酯、PVC透明塑料板、聚丙板中的一種或多種。所述的中性導(dǎo)電填料為凸凹溝槽開孔瓷球、活性瓷球、開孔瓷球、微孔瓷球、蓄熱瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷質(zhì)、樹脂填料中的一種或多種。所述的陰極板和陽極板的材料為石墨、活性炭纖維氈、活性炭纖維布、導(dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸?。所述的?dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸锉砻嫱糠笥蠵b02、Ru02、Ir02、Ti02、Mn02中至少一種。濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的方法是:電動(dòng)濃縮裝置在20V以上產(chǎn)生直流電，促使陽極室內(nèi)產(chǎn)生大量H+，形成酸性氛圍，pH彡1.0，陰極室產(chǎn)生大量0H_，形成堿性氛圍，pH彡13.0 ;空氣中的氣體經(jīng)空氣泵吹氣和氣體前處理裝置的除塵等預(yù)處理后，經(jīng)在線監(jiān)控器進(jìn)入電動(dòng)濃縮的陰極室，空氣中的二氧化碳與電動(dòng)產(chǎn)生的堿液反應(yīng)生成碳酸根或碳酸氫根，其余氣體不吸收排放，生成的酸根離子在電場(chǎng)的作用下遷移，經(jīng)過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，與電動(dòng)產(chǎn)生H+的結(jié)合并生成純凈的CO2氣體，生成的CO2氣體經(jīng)壓力控制器進(jìn)入真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池，為藻類光合作用提供碳源，真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池中設(shè)置真空保溫管，在自動(dòng)溫度控制加熱器的作用下保證藻類生長溫度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)流程簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)回收空氣中二氧化碳培養(yǎng)微藻； 2)電動(dòng)產(chǎn)生H+和0H_，無需化學(xué)試劑、無污染；
3)提高微藻的生長速度和質(zhì)量；
4)易于拆卸檢查。


圖1是濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的真空保溫微藻培養(yǎng)器結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明的自動(dòng)控溫防水加熱器結(jié)構(gòu)示意 圖4是濃縮空氣中二氧化碳培養(yǎng)對(duì)螺旋藻的生長曲線 圖5是培養(yǎng)池溫度和室外溫度變化曲線圖中:空氣泵1、氣體前處理裝置2、在線監(jiān)控器3、電動(dòng)濃縮裝置4、壓力控制器5、真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6、陰極板7、陽極板8、電源9、陰離子交換膜10、中性導(dǎo)電填料
11、陰極室12、陽極室13、陽極液罐14、陰極液罐15、控制閥門16、噴淋裝置17、高位吸收槽18、二氧化碳曝氣裝置19、中空真空保溫管20、自動(dòng)溫度控制加熱器21、溫度調(diào)節(jié)裝置22、導(dǎo)線23。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2、圖3所示，濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置包括空氣泵1、氣體前處理裝置2、在線監(jiān)控器3、電動(dòng)濃縮裝置4、壓力控制器5、真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6、陽極液罐14、陰極液罐15、控制閥門16、噴淋裝置17;電動(dòng)回收二氧化碳裝置4包括陰極板7、陽極板8、電源9、陰離子交換膜10、中性導(dǎo)電填料11、陰極室12、陽極室13，電動(dòng)濃縮裝置4本體用陰離子交換膜10分隔成陰極室12、陽極室13，陰極室12和陽極室13內(nèi)填充有中性導(dǎo)電填料11，陰極室12內(nèi)設(shè)有陰極板7，陰極板7與直流電源9負(fù)極相連，陽極室13內(nèi)設(shè)有陽極板8，陽極板8與直流電源9正極相連，真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6中設(shè)置二氧化碳曝氣裝置19和真空保溫管20，其中，真空保溫管20包括順次相連的導(dǎo)線23、溫度調(diào)節(jié)裝置22、自動(dòng)溫度控制加熱器21，空氣泵I與氣體前處理裝置2相連，氣體前處理裝置2經(jīng)在線監(jiān)控器3與電動(dòng)回收二氧化碳裝置4的陰極室12相連，陰極室12底部液體出口經(jīng)在線監(jiān)控器3、陰極液罐15、控制閥門16與高位吸收槽18頂部液體入口相連，高位吸收槽18底部液體出口與陰極室12頂部的噴淋裝置17相連，陰極室12頂部的氣體出口經(jīng)在線監(jiān)控器3分別于第一出氣口和第二出氣口相連，第一出氣口經(jīng)控制閥門16與高位吸收槽18下部氣體入口相連，第二出氣口經(jīng)控制閥門16通入大氣，陽極室13底部液體出口經(jīng)在線監(jiān)控器3、陽極液罐14、控制閥門16與陽極室13頂部的噴淋裝置17相連，陽極室13頂部出氣口經(jīng)壓力控制器5與真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6相連；
所述的真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6由至少一根真空保溫管20組成；真空保溫管20 直徑為 5.0cm 至 50.0cm、長度為 50.0cm 至 5000.0cm。所述的真空保溫管20為硬質(zhì)玻璃、石英玻璃、丙烯酸樹酯、PVC透明塑料板、聚丙板中的一種或多種。所述的中性導(dǎo)電填料11為凸凹溝槽開孔瓷球、活性瓷球、開孔瓷球、微孔瓷球、蓄熱瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷質(zhì)、樹脂填料中的一種或多種。所述的陰極板7和陽極板8的材料為石墨、活性炭纖維氈、活性炭纖維布、導(dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸铩Ｋ龅膶?dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸锉砻嫱糠笥蠵b02、Ru02、Ir02、Ti02、Mn02中至少一種。濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的方法是:電動(dòng)濃縮裝置4在20V以上產(chǎn)生直流電，促使陽極室13內(nèi)產(chǎn)生大量H+，形成酸性氛圍，pH彡1.0，陰極室12產(chǎn)生大量0H_，形成堿性氛圍，pH ^ 13.0 ;空氣中的氣體經(jīng)空氣泵I吹氣和氣體前處理裝置2的除塵等預(yù)處理后，經(jīng)在線監(jiān) 控器3進(jìn)入電動(dòng)濃縮裝置4的陰極室12，空氣中的二氧化碳與電動(dòng)產(chǎn)生的堿液反應(yīng)生成碳酸根或碳酸氫根，其余氣體不吸收排放，生成的酸根離子在電場(chǎng)的作用下遷移，經(jīng)過陰離子交換膜10進(jìn)入陽極室13，與電動(dòng)產(chǎn)生H+的結(jié)合并生成純凈的CO2氣體，生成的CO2氣體經(jīng)壓力控制器5進(jìn)入真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6，為藻類光合作用提供碳源，真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池6中設(shè)置真空保溫管20，在自動(dòng)溫度控制加熱器21的作用下保證藻類生長溫度。實(shí)施例1:
采用如圖一采用濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的的裝置吸收空氣中的二氧化碳應(yīng)用于螺旋藻的培養(yǎng)，培養(yǎng)池中的PH保持接近于10.0，初始螺旋藻接種的量的OD值為0.160，經(jīng)過培養(yǎng)后幾乎每天生物量擴(kuò)增一倍，獲得如圖4的生物量生長圖。利用干凈的地表水添加適量含有氨氮和微量元素，充入濃縮空氣中的二氧化碳在不添加其它在機(jī)碳的情況下，螺旋藻生長與專用培養(yǎng)液相類同的效果，并獲得高質(zhì)量的螺旋藻藻蛋白。實(shí)施例2:
實(shí)施例2中采用濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的的裝置回收啤酒發(fā)酵罐中的發(fā)酵液中的二氧化碳，經(jīng)過電動(dòng)濃縮裝置處理后獲得的二氧化碳?xì)怏w純度高達(dá)97.8%，該部分回收的二氧化碳直接作為螺旋藻培養(yǎng)的添加劑和工作介質(zhì)，獲得較高的培養(yǎng)質(zhì)量。濃縮發(fā)酵中二氧化碳培養(yǎng)螺旋藻的生長及生物質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置，其特征在于包括空氣泵(1)、氣體前處理裝置(2)、在線監(jiān)控器(3)、電動(dòng)濃縮裝置(4)、壓力控制器(5)、真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池(6)、陽極液罐(14)、陰極液罐(15)、控制閥門(16)、噴淋裝置(17);電動(dòng)回收二氧化碳裝置(4)包括陰極板(7)、陽極板(8)、電源(9)、陰離子交換膜(10)、中性導(dǎo)電填料(11)、陰極室(12)、陽極室(13)，電動(dòng)濃縮裝置(4)本體用陰離子交換膜(10)分隔成陰極室(12)、陽極室(13)，陰極室(12)和陽極室(13)內(nèi)填充有中性導(dǎo)電填料(11)，陰極室(12)內(nèi)設(shè)有陰極板(7)，陰極板(7)與直流電源(9)負(fù)極相連，陽極室(13)內(nèi)設(shè)有陽極板(8)，陽極板(8)與直流電源(9)正極相連，真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池(6)中設(shè)置二氧化碳曝氣裝置(19)和真空保溫管(20)，其中，真空保溫管(20)包括順次相連的導(dǎo)線(23)、溫度調(diào)節(jié)裝置(22)、自動(dòng)溫度控制加熱器(21 )，空氣泵(I)與氣體前處理裝置(2)相連，氣體前處理裝置(2)經(jīng)在線監(jiān)控器(3)與電動(dòng)回收二氧化碳裝置(4)的陰極室(12)相連，陰極室(12)底部液體出口經(jīng)在線監(jiān)控器(3)、陰極液罐(15)、控制閥門(16)與高位吸收槽(18)頂部液體入口相連，高位吸收槽(18)底部液體出口與陰極室(12)頂部的噴淋裝置(17)相連，陰極室(12)頂部氣體出口經(jīng)在線監(jiān)控器(3)分別于第一出氣口和第二出氣口相連，第一出氣口經(jīng)控制閥門(16)與高位吸收槽(18)下部氣體入口相連，第二出氣口經(jīng)控制閥門(16)通入大氣，陽極室(13)底部液體出口經(jīng)在線監(jiān)控器(3)、陽極液罐(14)、控制閥門(16)與陽極室(13)頂部的噴淋裝置(17)相連，陽極室(13)頂部出氣口經(jīng)壓力控制器(5)與真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置，其特征在于所述的真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池(6)由至少一根真空保溫管(20)組成；真空保溫管(20)直徑為 5.0cm 至 50.0cm、長度為 50.0cm 至 5000.0cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置，其特征在于所述的真空保溫管(20)為硬質(zhì)玻璃、石英玻璃、丙烯酸樹酯、PVC透明塑料板、聚丙板中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置，其特征在于所述的中性導(dǎo)電填料(11)為凸凹溝槽開孔瓷球、活性瓷球、開孔瓷球、微孔瓷球、蓄熱瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷質(zhì)、樹脂填料中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置，其特征在于所述的陰極板(7)和陽極板(8)的材料為石墨、活性炭纖維氈、活性炭纖維布、導(dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸铩?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸锉砻嫱糠笥校?302、1 1102、1102、110^1102中至少一種。
7.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的方法，其特征在于電動(dòng)濃縮裝置(4)在20V以上產(chǎn)生直流電，促使陽極室(13)內(nèi)產(chǎn)生大量H+，形成酸性氛圍，pH≤1.0，陰極室(12)產(chǎn)生大量OH_，形成堿性氛圍，pH≥13.0 ;空氣中的氣體經(jīng)空氣泵(I)吹氣和氣體前處理裝置(2 )的除塵等預(yù)處理后，經(jīng)在線監(jiān)控器(3 )進(jìn)入電動(dòng)濃縮裝置(4)的陰極室(12)，空氣中的二氧化碳與電動(dòng)產(chǎn)生的堿液反應(yīng)生成碳酸根或碳酸氫根，其余氣體不吸收排放，生成的酸根離子在電場(chǎng)的作用下遷移，經(jīng)過陰離子交換膜(10)進(jìn)入陽極室(13)，與電動(dòng)產(chǎn)生H+的結(jié)合并生成純凈的CO2氣體，生成的CO2氣體經(jīng)壓力控制器(5)進(jìn)入真空保溫自動(dòng)控溫微藻培養(yǎng)池(6)，為藻類光合作用提供碳源，真空保溫自動(dòng)控溫微藻 培養(yǎng)池(6 )中設(shè)置真空保溫管(20 )，在自動(dòng)溫度控制加熱器(21)的作用下保證藻類生長溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濃縮回收空氣中二氧化碳用于培養(yǎng)微藻的裝置與方法。該裝置的主要部分為電動(dòng)濃縮裝置和真空保溫自動(dòng)控溫的微藻裝置，在電壓作用下，電動(dòng)濃縮裝置的陽極室和陰極室分別電動(dòng)產(chǎn)生H+和OH-?？諝庵械亩趸歼M(jìn)入陰極室轉(zhuǎn)化為HCO3-以及CO32-形式，并在電遷移作用下透過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，在陽極室內(nèi)獲得高濃度CO2氣體；被濃縮的CO2用于真空保溫自動(dòng)控溫的微藻裝置中微藻的培養(yǎng)。將該裝置應(yīng)用于空氣中或食品發(fā)酵過程中CO2的回收，作為合成食用微藻等的原料，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且流程簡(jiǎn)單，無需化學(xué)試劑、無污染，易于拆卸檢查。
文檔編號(hào)B01D53/32GK103194375SQ20131012090
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者吳祖成, 常園園, 任瓊, 廖文, 秦丹丹 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)