一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统及方法，包括竖直管式光生物反应器、电磁铁、第一阻磁板、第二阻磁板、转轴、旋转气缸、旋转台、顶部支撑板、底座和控制器；竖直管式光生物反应器设有第一进气管、出气管和第二进气管；竖直管式光生物反应器的四周围有第一阻磁板和第二阻磁板，电磁铁均匀安装在两个第一阻磁板上；竖直管式光生物反应器的底部放置在底座的通孔内，底座的下方设有旋转台，旋转台能够驱动底座旋转；旋转气缸安装在顶部支撑板上，旋转气缸与竖直管式光生物反应器的顶部连接；本发明专利技术在微藻生长周期内提供稳定磁场，且能够在微藻不同生长阶段控制磁场的强度，实现在各阶段提供最佳生长磁环境，以此提高微藻产量。高微藻产量。高微藻产量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统及方法


[0001]本专利技术属于微藻培养
，尤其涉及一种利用磁场培养微藻的光生物反应系统与磁场培养以及利用磁场回收磁性絮凝剂磁性颗粒二次利用的方法。

技术介绍

[0002]CO2是造成全球变暖的主要原因。随着新兴经济体的快速发展，全球能源消费将会大幅上升，这将导致更多环境损坏。因此，在减少二氧化碳排放的同时，力求找寻更加清洁的可再生能源。
[0003]如今，研制出生物柴油及生物乙醇作为石油等化石燃料的替代品。甘蔗，玉米是能够产出生物乙醇最高的作物，大豆等油籽植物是产出生物柴油最高的作物。但是这些作物生长占地太大，影响了其余生物生长，据研究表明若现阶段完全依靠生物燃料，这些原料作物的生长将会占据61％的农作用地，将会影响人类社会的正常运作，也会影响地球生物的多样性。微藻作为第三代生物能源原料具有生长周期短，不占用耕地，光合作用强等优点。在脂质积累方面，微藻较之于其他原料高出近80％，除了脂质含量高之外，微藻还含有许多其他副产物，例如蛋白质，碳水化合物，色素等。这些副产物的附加价值一定程度上可以抵消生产成本，所以在培养微藻的时候要选定积累的目标产物。此外，提高微藻产量，提高生物燃料的产率，以增强生物燃料在市场的竞争力。不同的生长条件会影响微藻的生长趋势，比如温度，金属离子浓度，PH等。
[0004]据研究表明，外部磁场可以刺激微藻生长，藻类细胞包含许多易受磁场干扰的复杂细胞成分，例如电荷(离子和自由电子)和具有磁矩的分子，这可能有助于磁场诱导的代谢物和大分子产生的变化，MF在光和温度作用的背景下表现为影响脂质代谢的校正因子。MF和对活生物体造成的影响之间的潜在联系是由于它引起氧化应激，MF可以改变电子自旋的能级和方向，从而增加自由基的活性、浓度和寿命。在不同种类的微生物的生长过程中应用了磁场，并发现了不同的结果。在微藻磁生物技术的相关研究中，微藻在120mT以上磁场强度中，微藻生长将会被抑制，30mT～60mT有效促进微藻生长。受制于实验装置的单一性，实验研究仅限于稳定磁场以及交变磁场。关于磁场强度以及磁场密度对于微藻生长并无进一步探究。磁处理具有成本低、使用方便、无毒、适用范围广、无二次污染物等优点。磁场(MF)可作用于微生物的新陈代谢，其对细胞生长的影响和评估的反应可根据应用形式、强度和应用时间分为抑制、刺激或无效。磁场强度、副产物的产生和微生物的生长都是在高强度和低强度下发生的，磁场被认为是一种潜在的物理处理方法，可促进微藻的细胞生长和生物化合物合成。但是现有技术中缺少实验步骤简化，装置体积小，外界干涉因素少，减少无用能量损耗、且微藻与磁性颗粒能够分离，磁性颗粒可二次利用的微藻光生物反应系统。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提出一种利用稳定电磁场培养微藻的新型光生物反应系统及方法，在微藻生长周期内提供稳定磁场，且能够在微藻不同生长阶段控制磁场的强
度，实现在各阶段提供最佳生长磁环境，以此提高微藻产量。本专利技术实验步骤简化，装置体积小，外界干涉因素少，并且减少无用能量损耗，且利用上述装置可实现微藻与磁性颗粒的分离，并实现磁性颗粒的二次利用。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，包括竖直管式光生物反应器、电磁铁、第一阻磁板、第二阻磁板、转轴、旋转气缸、旋转台、顶部支撑板、底座和控制器；
[0007]所述竖直管式光生物反应器的顶部设有第一进气管和出气管、底部设有第二进气管；竖直管式光生物反应器的四周围有第一阻磁板和第二阻磁板，第一阻磁板和第二阻磁板安装在底座上，且相对的两个第一阻磁板的底部分别与底座上的转轴转动连接，所述电磁铁均匀安装在两个第一阻磁板上；所述竖直管式光生物反应器的底部放置在底座的通孔内，所述底座的下方设有旋转台，旋转台能够驱动底座旋转；旋转气缸安装在顶部支撑板上，旋转气缸与竖直管式光生物反应器的顶部连接，旋转气缸用于将竖直管式光生物反应器升起脱离底座的通孔；所述控制器分别与电磁铁、旋转台和旋转气缸连接。
[0008]上述方案中，还包括三张透明的挡板；三张挡板的中间均设有通孔，并从上之下依次套在竖直管式光生物反应器上，且挡板与第一阻磁板连接，在第一阻磁板上设有卡槽，挡板的两端分别安装在卡槽内，三张挡板将第一阻磁板和第二阻磁板围成的空间从上之下分成上、中、下三个区域。
[0009]进一步的，还包括荧光板；所述荧光板设有凹槽，通过凹槽安装在挡板上；荧光板与控制器连接。
[0010]上述方案中，所述第二阻磁板包括竖直板；所述竖直板的两侧分别设有扇形板，竖直板后设有滑槽，扇形板的底部安装在滑槽上，扇形板的一侧与竖直板连接，另一侧与第一阻磁板连接，第一阻磁板向两侧拉开，带动扇形板展开。
[0011]上述方案中，所述竖直管式光生物反应器为透明材质，所述竖直光生物反应器为透明玻璃质管，使光照与磁场可以均匀照射管内藻液，有效利用光照及磁场。
[0012]上述方案中，所述第一进气管和第二进气管分别与CO2气瓶连接。
[0013]一种根据所述利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统的培养方法，包括以下步骤：
[0014]步骤S1、将微藻培养液加入竖直管式光生物反应器中，竖直管式光生物反应器的第一进气管和第二进气管分别与CO2气瓶连接；
[0015]步骤S2、在微藻培养周期内，测定其光密度，以确定其不同生长阶段；
[0016]步骤S3、在微藻生长的指数期与稳定期打开磁场耦合培养，其中调整电磁铁角度能够改变区域磁场密度；
[0017]步骤S4、磁场耦合培养后，关掉磁场，进行细胞干重检测；
[0018]步骤S5、利用电磁场，将磁性颗粒与微藻分离，实现磁性颗粒的二次利用，将培养结束的微藻离心干燥后称重。
[0019]上述方案中，所述步骤S2中光暗比为12：12，室温为25℃，使用高斯计测量环境磁场强度，所取样品使用光密度仪以ABS模式测定样品光密度，微藻生长时间与光密度大小成正比，以此判断磁场条件下微藻生长趋势。使用高斯计测量环境磁场强度，以确认在该光生物反应系统内磁场强度为稳定值。
[0020]上述方案中，所述步骤S3中磁场强度为30～60mT，电磁场间歇打开，控制磁场培养时长。
[0021]上述方案中，所述步骤S5中离心机转速4000～5000rmp，离心10～15min，于60℃烘箱干燥测定微藻干重。
[0022]本专利技术主管道上下皆有通气管，可选择气体通入方式，选择从底部通气可使管内培养液随着气泡浮动轻微震荡，使得微藻不容易出现沉积，或从上部通气管接一长玻璃管至主管道底部，使反应器底部不出现微藻沉积物。
[0023]所述电磁铁、荧光板间隔安放，充分利用竖直空间，对应上中下三个区域，在微藻培养阶段分区域比较微藻生长浓度变化。
[0024]所述电磁铁在通电过程中除了可以保持恒定磁场，也可通入交流电形成交变磁场，在研究微藻培养方面提供新方向。
[0025]所述阻磁板为黑色阻磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，包括竖直管式光生物反应器(3)、电磁铁(6)、第一阻磁板(1)、第二阻磁板(2)、转轴(10)、旋转气缸(11)、旋转台(12)、顶部支撑板(13)、底座(14)和控制器；所述竖直管式光生物反应器(3)的顶部设有第一进气管(8)和出气管(9)、底部设有第二进气管(7)；竖直管式光生物反应器(3)的四周围有第一阻磁板(1)和第二阻磁板(2)，第一阻磁板(1)和第二阻磁板(2)安装在底座(14)上，且相对的两个第一阻磁板(1)的底部分别与底座(14)上的转轴(10)转动连接，所述电磁铁(6)均匀安装在两个第一阻磁板(1)上；所述竖直管式光生物反应器(3)的底部放置在底座(14)的通孔内，所述底座(14)的下方设有旋转台(12)，旋转台(12)能够驱动底座(14)旋转；旋转气缸(11)安装在顶部支撑板(13)上，旋转气缸(11)与竖直管式光生物反应器(3)的顶部连接，旋转气缸(11)用于将竖直管式光生物反应器(3)升起脱离底座(14)的通孔；所述控制器分别与电磁铁(6)、旋转台(12)和旋转气缸(11)连接。2.根据权利要求1所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，还包括三张透明的挡板(4)；三张挡板(4)的中间均设有通孔，并从上之下依次套在竖直管式光生物反应器(3)上，且挡板(4)与第一阻磁板(1)连接，在第一阻磁板(1)上设有卡槽，挡板(4)的两端分别安装在卡槽内，三张挡板(4)将第一阻磁板(1)和第二阻磁板(2)围成的空间从上之下分成上、中、下三个区域。3.根据权利要求2所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，还包括荧光板(5)；所述荧光板(5)设有凹槽，通过凹槽安装在挡板(4)上；荧光板(5)与控制器连接。4.根据权利要求1所述的利用磁场耦合培养微藻的光生物反应系统，其特征在于，所述第二阻磁板(2)包括竖直板；所述竖直板的两侧分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爽，朱锴，陈豪，胡栓虎，倪俊，杨旭萍，胡亚敏，钱黎黎，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：