本实用新型专利技术公开了一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置，包括：反应器，其顶端连接有进料管，进料管上位于进料口的下方位置设有进料阀，反应器的一侧壁上由上至下分别连接有集气管、集液管、排液管，且集气管上设有集气阀、集液管上设有集液阀、排液管上设有排液阀，反应器的侧壁内部设有加热循环水腔，加热循环水腔上连接有与其均连通的循环水入管和循环水出管，反应器的顶端插接有伸入其内部的阴极棒和阳极棒；恒温水浴锅，其进口和出口分别与循环水出管、循环水入管连通；恒压电源，其通过导线分别与阴极棒和阳极棒电连接。该装置能够实现纤维素热解液到生物乙醇的一步式发酵，可大大降低原料处理成本，并提高乙醇生产效率。乙醇生产效率。乙醇生产效率。
【技术实现步骤摘要】
一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置
[0001]本技术涉及微生物发酵产乙醇用的装置
，更具体的说是涉及一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置。
技术介绍
[0002]作为主要生物质能之一的木质纤维素类生物质，如农作物秸秆、杂草、林业废弃物等，可通过物理化学或生物化学技术被转化为氢气、甲烷、生物乙醇、丁醇、生物柴油及其它高附加值的化学品等。其中，生物乙醇逐年上升的利用率减少了助燃剂甲基叔二丁醚等有毒有害污染物在燃料中的应用。此外，以木质纤维素生物质废物为原料生产乙醇，不仅可缓解因利用农作物发酵产乙醇而造成的粮食紧缺问题，同时，也可以实现农林业固体废物的资源化利用。
[0003]对木质纤维素类物质进行处理时，除了释放可作为可作为发酵底物的糖类物质，还会释放一些具有生物抑制毒性的物质，这些抑制物的存在是实现木质纤维素生物质向生物乙醇等清洁能源转化的一个重要障碍。因此，传统产乙醇需要先对纤维素热解液进行脱毒处理(如现有技术CN 111269947A，名称为一种酸水解液脱毒及制备纤维素乙醇的方法)后，然后再通过发酵技术将糖类转换为生物乙醇的过程，不仅原材料处理成本高，而且乙醇生产效率较低。
[0004]因此，如何提供一种可提高乙醇生产效率的利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本技术提供了一种可提高乙醇生产效率的利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置。
[0006]为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0007]一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置，包括：
[0008]反应器，所述反应器的顶端连接有进料管，所述进料管上位于进料口的下方位置设有进料阀，所述反应器的一侧壁上由上至下分别连接有集气管、集液管、排液管，且所述集气管上设有集气阀、所述集液管上设有集液阀、所述排液管上设有排液阀，所述反应器的侧壁内部设有加热循环水腔，所述加热循环水腔上连接有与其均连通的循环水入管和循环水出管，所述反应器的顶端插接有伸入其内部的阴极棒和阳极棒；
[0009]恒温水浴锅，所述恒温水浴锅设置在所述反应器外部，且所述恒温水浴锅的进口和出口分别与所述循环水出管、所述循环水入管通过输水管连通；
[0010]恒压电源，所述恒压电源设置在所述反应器外部，且所述恒压电源通过导线分别与所述阴极棒和所述阳极棒电连接。
[0011]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本技术公开提供了一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置，其中，恒压电源通过阴极棒和阳极棒对反应
器内部的反应液(发酵底物(纤维素热解液)与事先配置好的营养液及微生物菌种)进行电解，其能够提高微生物利用热解液产乙醇的能力而且也能够刺激微生物的活性，强化其传递电子的速率，提高产乙醇的效率与产量，加快反应周期，减少运行成本，促进纤维素热解液的资源化利用；而恒温水浴锅可保持反应过程中温度的恒定，保证发酵效果，若温度发生变化，只需重新设定温度，使温度恒定即可。
[0012]进一步的，还包括均与所述阴极棒和所述阳极棒电连接的电化学工作站。
[0013]采用上述技术方案产生的有益效果是，可利用循环伏安法(CV)、塔菲尔曲线(Tafel)线性扫描伏安曲线(LSV)和电化学阻抗(EIS)等测量方法对反应过程中微弱电流的变化进行检测，实现电流微弱变换的调控，从而提高电化学系统的稳定性。
[0014]进一步的，还包括设置在所述反应器内部的压力传感器。
[0015]进一步的，还包括设置在所述反应器内部的温度传感器。
[0016]进一步的，还包括设置在所述反应器内部的PH传感器。
[0017]采用上述技术方案产生的有益效果是，能够实时检测反应过程中反应器内部的压力、反应液的温度、反应液的PH值的参数，并及时进行调控，保证反应过程实时处于最优化的反应条件，便于保证乙醇生产的质量。
[0018]进一步的，还包括设置在所述反应器内部的搅拌装置。
[0019]进一步的，所述搅拌装置包括：
[0020]搅拌轴，所述搅拌轴竖向转动安装在所述反应器的顶端，所述搅拌轴一端伸入至所述反应器内部，其上安装有搅拌叶片，所述搅拌轴另一端伸出所述反应器布置；
[0021]搅拌电机，所述搅拌电机通过支架固定在所述反应器顶端，所述搅拌电机的输出轴与所述搅拌轴另一端固定连接。
[0022]采用上述技术方案产生的有益效果是，搅拌电机带动搅拌轴转动，进而使得搅拌轴上的搅拌叶片转动，搅拌叶片对反应器内部的反应液进行搅拌，可加快反应液的反应速率，提高乙醇生产效率。
[0023]进一步的，所述反应器外侧壁上包裹有保温棉层。
[0024]采用上述技术方案产生的有益效果是，避免反应内内部的温度散发到外界环境中，造成热量的丢失。
[0025]综上，与现有的技术相比，本技术具有以下优点：
[0026]①
通过对发酵过程额外增加电化学系统(恒压电源、阴极棒和阳极棒)，不但能够为微生物提供能量，同时也能够刺激微生物的活性，强化其传递电子的速率，大大缩短发酵时间，减少了长时间发酵所消耗的成本，显著提高了微生物产乙醇的产量与产率，后期经过液体组分的分离与纯化，微生物所产的乙醇可达工业用酒精的纯度。
[0027]②
与传统型发酵产乙醇相比，本技术能够有效提高木制纤维素热解液原料的整体利用率。传统型发酵不能直接利用纤维素热解液，因为其含有一些具有生物抑制毒性的物质。所以，传统型发酵首先对热解液进行脱毒处理，本技术通过使用微生物电解池技术，可促使热解液中95％的内醚糖、98％的糠醛和乙酸、67
‑
100％的丙酸、21
‑
57％的5
‑
羟甲基糠醛和95％的酚类物质被转化利用，强化微生物对抑制物的抵抗或转化能力以及乙醇发酵能力，能够实现木质纤维素热解液到生物乙醇的一步式发酵，从而大大降低原料处理成本并提高乙醇生产效率。
[0028]③
本技术加入了电化学工作站，可利用循环伏安法(CV)、塔菲尔曲线(Tafel)线性扫描伏安曲线(LSV)和电化学阻抗(EIS)等测量方法对反应过程中微弱电流的变化进行检测，实现电流微弱变换的调控，从而提高电化学系统的稳定性。
[0029]④
本技术的能量转化率高，只需给电路提供一个很小的电压(0.2
‑
1.0V)就能够显著提高乙醇的产量及产率。如果不记底物的能量，微生物电解池的这个特点使得其产生的乙醇的能量远大于输入其的电能。
[0030]⑤
本技术的开发可适用于大中小型微生物无菌发酵制乙醇的使用，适用范围可在0.5L
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1000L，均有良好的使用效果，在生产过程中只需要已知设计参数并根据实际情况更换材料即可，可适用于不同规模的工业生产和日常使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置，其特征在于，包括：反应器(1)，所述反应器(1)的顶端连接有进料管(2)，所述进料管(2)上位于进料口(3)的下方位置设有进料阀(4)，所述反应器(1)的一侧壁上由上至下分别连接有集气管(5)、集液管(6)、排液管(7)，且所述集气管(5)上设有集气阀、所述集液管(6)上设有集液阀、所述排液管(7)上设有排液阀，所述反应器(1)的侧壁内部设有加热循环水腔(8)，所述加热循环水腔(8)上连接有与其均连通的循环水入管(9)和循环水出管(10)，所述反应器(1)的顶端插接有伸入其内部的阴极棒(11)和阳极棒(12)；恒温水浴锅(13)，所述恒温水浴锅(13)设置在所述反应器(1)外部，且所述恒温水浴锅(13)的进口和出口分别与所述循环水出管(10)、所述循环水入管(9)通过输水管连通；恒压电源(14)，所述恒压电源(14)设置在所述反应器(1)外部，且所述恒压电源(14)通过导线分别与所述阴极棒(11)和所述阳极棒(12)电连接。2.根据权利要求1所述的一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置，其特征在于，还包括均与所述阴极棒(11)和所述阳极棒(12)电连接的电化学工作站(15)。3.根据权利要求1所述的一种利用纤维素热解液高效制乙醇的微生物电解池装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：余志晟，王聪，张琦，常冬冬，张洪勋，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：新型
国别省市：
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