一種暗發(fā)酵光合作用聯(lián)合產(chǎn)氫裝置及其產(chǎn)氫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)工程能源利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種暗發(fā)酵光合作用聯(lián)合產(chǎn)氫裝置及其產(chǎn)氫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源短缺問(wèn)題以及能源生產(chǎn)消費(fèi)引起的環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)成為21世紀(jì)人類(lèi)面臨的最嚴(yán)重的兩大難題，開(kāi)發(fā)新能源迫在眉睫。在所有的可替代能源中，氫氣以其潔凈燃燒、能量密度高、可再生而被能源界公認(rèn)為最理想的礦石燃料的替代能源。傳統(tǒng)的制氫技術(shù)主要有電解水制氫和化石燃料制氫，即化學(xué)法制氫，需要以消耗大量的電能、石油、天然氣和煤炭等不可再生資源為代價(jià)，成本高昂，且難以擺脫對(duì)化石能源的依賴(lài)。同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)污染環(huán)境，不能滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展的要求。而生物制氫技術(shù)因可利用農(nóng)業(yè)廢棄物為制氫原料、反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好和不消耗礦物資源等優(yōu)點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化，又解決了環(huán)境污染問(wèn)題，被認(rèn)為是最有潛力和發(fā)展前景的新能源技術(shù)，將會(huì)是未來(lái)氫能生產(chǎn)的主要形式。
[0003]據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年的秸桿資源總量約7億噸，預(yù)計(jì)到2015年我國(guó)農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量將達(dá)到10億噸，但是僅有約2%的農(nóng)作物秸桿用于新能源制備，如秸桿發(fā)電、秸桿沼氣發(fā)酵等，其余大部分則被廢棄或焚燒，浪費(fèi)資源的同時(shí)更造成了環(huán)境污染，利用秸桿類(lèi)生物質(zhì)為原料進(jìn)行生物制氫具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0004]相關(guān)研究表明，暗發(fā)酵細(xì)菌分解葡萄糖后的終產(chǎn)物多為甲酸、乙酸、丁酸等有機(jī)酸，而除甲酸可進(jìn)一步分解出HjP CO 2外，其它有機(jī)酸不能繼續(xù)分解，這是因?yàn)榉磻?yīng)只能向自由能降低的方向進(jìn)行。這是厭氧細(xì)菌產(chǎn)氫效率低的根本原因所在，而產(chǎn)氫效率低則是暗發(fā)酵制氫技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要障礙，而光合細(xì)菌則可以利用太陽(yáng)能來(lái)克服有機(jī)酸進(jìn)一步分解所面臨的正自由能壁皇，使有機(jī)酸得以徹底分解，釋放出更多的氫氣。另一方面由于光合細(xì)菌只能利用葡萄糖和少數(shù)小分子有機(jī)酸，不能直接利用淀粉、纖維素、半纖維素等復(fù)雜有機(jī)物；而厭氧細(xì)菌則可以分解幾乎所有的有機(jī)物為小分子有機(jī)酸。因此，把厭氧細(xì)菌和光合細(xì)菌以一定的技術(shù)手段和方法進(jìn)行結(jié)合聯(lián)合制取氫氣，做到二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將會(huì)是未來(lái)生物質(zhì)制氫的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。
[0005]隨著暗發(fā)酵與光合作用兩步法聯(lián)合生物制氫的興起，暗發(fā)酵與光合作用兩步法聯(lián)合生物制氫反應(yīng)器也將成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)暗發(fā)酵與光合作用兩步法聯(lián)合生物制氫反應(yīng)器的研究較少，在實(shí)際的反應(yīng)器設(shè)計(jì)中經(jīng)常是憑借經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種同心圓柱型暗發(fā)酵與光合作用聯(lián)合產(chǎn)氫裝置。
[0007]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種同心圓柱型暗發(fā)酵與光合作用聯(lián)合產(chǎn)氫方法。
[0008]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種暗發(fā)酵光合作用聯(lián)合產(chǎn)氫裝置，包括支架，所述支架上放置有光合生物制氫反應(yīng)器，光合生物制氫反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)有暗發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器，且暗發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器的頂部高于光合生物制氫反應(yīng)器的頂部，所述光合生物制氫反應(yīng)器與暗發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器之間設(shè)有隔光保溫層。
[0009]所述光合生物制氫反應(yīng)器包括第一筒體、第二筒體、第三筒體、第一底板、第一頂板、第二頂板，所述第二筒體位于第一筒體的內(nèi)部，第三筒體位于第二筒體的內(nèi)部，且第一筒體與第二筒體之間設(shè)有光反應(yīng)循環(huán)水層，第二筒體與第三筒體之間設(shè)有光反應(yīng)腔室，所述第一筒體的底部、第二筒體的底部、第三筒體的底部均與第一底板的上表面固定連接，所述第一筒體頂部與第一頂板的下表面固定連接，所述第二頂板位于第一頂板的上方且第一頂板與第二頂板可拆卸連接；所述第一底板固定連接有豎直的光反應(yīng)進(jìn)液管，光反應(yīng)進(jìn)液管的上端位于光反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第二頂板固定連接有豎直光反應(yīng)氫氣出氣管，光反應(yīng)氫氣出氣管的下端位于光反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第一筒體的上端側(cè)面固定連接有水平光反應(yīng)出液管，光反應(yīng)出液管的一端位于光反應(yīng)腔室內(nèi)。
[0010]所述暗發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器包括第四筒體、第五筒體、第二底板、第三頂板、第四頂板，所述第五筒體位于第四筒體內(nèi)部，且第四筒體與第五筒體之間設(shè)有暗反應(yīng)循環(huán)水層，第五筒體的內(nèi)部為暗反應(yīng)腔室，所述第四筒體的底部、第五筒體的底部均與第二底板的上表面固定連接，所述第四筒體頂部與第三頂板的下表面固定連接，所述第四頂板位于第三頂板的上方且第三頂板與第四頂板可拆卸連接；所述第二底板固定連接有豎直的暗反應(yīng)進(jìn)液管，暗反應(yīng)進(jìn)液管的上端位于暗反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第四頂板固定連接有豎直暗反應(yīng)氫氣出氣管，暗反應(yīng)氫氣出氣管的下端位于暗反應(yīng)腔室內(nèi)，所述第四筒體的上端側(cè)面固定連接有水平暗反應(yīng)出液管，暗反應(yīng)出液管的一端位于暗反應(yīng)腔室內(nèi)。
[0011]所述第一筒體、第二筒體、第三筒體、第四筒體、第五筒體均上下通透，所述暗反應(yīng)出液管與光反應(yīng)進(jìn)液管相連通；
當(dāng)暗反應(yīng)腔室為多個(gè)時(shí)，所述暗反應(yīng)腔室依次相連通，其中最后一個(gè)暗反應(yīng)腔室的暗反應(yīng)出液管與光反應(yīng)腔室的光反應(yīng)進(jìn)液管相連通。
[0012]當(dāng)光反應(yīng)腔室為多個(gè)時(shí)，所述光反應(yīng)腔室依次相連通，其中第一個(gè)光反應(yīng)腔室的光反應(yīng)進(jìn)液管與暗反應(yīng)腔室的暗反應(yīng)出液管相連通。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述光反應(yīng)腔室為八個(gè)，所述第二筒體與第三筒體之間沿周向均勻設(shè)有八塊豎直光擋板，所述八塊豎直光擋板分別與第二筒體、第三筒體可拆卸連接；所述暗反應(yīng)腔室為四個(gè)，所述第五筒體內(nèi)部設(shè)有兩塊相互垂直的豎直暗擋板，兩塊暗擋板固定連接，兩塊暗擋板分別與第五筒體可拆卸連接。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述八個(gè)光反應(yīng)腔室底部均設(shè)有豎直的光反應(yīng)進(jìn)液管，所述八個(gè)光反應(yīng)腔室頂部均設(shè)有豎直的光反應(yīng)氫氣出氣管，所述八個(gè)光反應(yīng)腔室側(cè)面均設(shè)有水平的光反應(yīng)出液管；所述四個(gè)暗反應(yīng)腔室底部均設(shè)有豎直的暗反應(yīng)進(jìn)液管，所述四個(gè)暗反應(yīng)腔室頂部均設(shè)有豎直的暗反應(yīng)氫氣出氣管，所述四個(gè)光反應(yīng)腔室側(cè)面均設(shè)有水平的暗反應(yīng)出液管。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述光反應(yīng)出液管位于光反應(yīng)腔室內(nèi)的端部可拆卸連接有“L”型彎頭，所述“L”型彎頭朝上；所述暗反應(yīng)出液管位于暗反應(yīng)腔室內(nèi)的端部可拆卸連接有“L”型彎頭，所述“L”型彎頭朝上。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述隔光保溫層與第三筒體之間設(shè)有光源，所述光源朝向光合生物制氫反應(yīng)器。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一筒體的中心線、第二筒體的中心線、第三筒體的中心線、第四筒體的中心線、第五筒體的中心線在同一豎直線上。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述光合生物制氫反應(yīng)器為透明材料。
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述光合生物制氫反應(yīng)器透明材料為玻璃或有機(jī)玻璃。
[0020]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的暗發(fā)酵光合作用聯(lián)合產(chǎn)氫裝置產(chǎn)生氫氣的方法主要包括以下步驟:
A:首先將恒流栗的一端與反應(yīng)液存儲(chǔ)容器用橡膠管相連通，恒流栗的另一端與暗反應(yīng)進(jìn)液管用橡膠管相連通，然后將暗發(fā)酵制氫反應(yīng)器的暗反應(yīng)出液管與光合生物制氫反應(yīng)器的光反應(yīng)進(jìn)液管用橡膠管相連