本发明专利技术属于光发酵生物制氢技术领域，具体涉及一种便携式混合搅拌酶解发酵制氢方法及装置，包括顶端敞口的圆柱状壳体和顶盖；顶盖和壳体可拆卸连接；壳体的内腔设有隔板，隔板将壳体内腔分隔为上腔室和下腔室，下腔室内设有控制电机；隔板的上端面设有转盘，转盘的顶端设有内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆；内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆均呈螺旋状。本发明专利技术通过设置两个反向螺旋的搅拌杆，可以提高生物质原料在酶解过程中的搅拌速率和酶解程度，从而加速了微生物与生物质原料之间的接触程度和微生物的代谢程度，最大限度地提高制氢效率，显著提高光发酵生物制氢过程中的产氢效率。提高光发酵生物制氢过程中的产氢效率。
【技术实现步骤摘要】
一种便携式混合搅拌酶解发酵制氢方法及装置
[0001]本专利技术属于光发酵生物制氢
，具体涉及一种便携式混合搅拌酶解发酵制氢方法及装置。
技术介绍
[0002]随着能源消耗急剧增长，石油供需矛盾日益突出。同时，石化燃料大量燃烧造成的环境污染等问题严重影响着社会经济的可持续发展。在新能源技术快速发展的时代，氢能作为一种可再生新能源，在现代能源舞台逐渐占据重要地位，氢能具有燃烧无二次污染、高效、可再生性等突出的特点，是一种十分理想的新能源。
[0003]自然界中氢能含量很少，在氢能需求量大的情况下，需要人工制氢，目前制氢方式主要包括电解水制氢、天然气制氢、光解水制氢和生物制氢等，其中生物制氢为最绿色环保的制氢方式。生物制氢的优势在于原料广泛且丰富，制氢速度快、成本低。
[0004]光发酵生物制氢过程中涉及酶解阶段，需要在特定的设备中进行酶解反应，例如授权公告号为CN107488578B的中国专利公开了一种配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器，通过设置酶解单元、产氢单元、酶脱附单元和酶吸附单元，在产氢过程结束后进行纤维素酶的回收利用，提高酶解效率，可以进一步减少纤维素酶用量。但是，可以看出，现阶段大多的光发酵生物制氢设备均存在设备体积大，不便携带，运输困难，不能实现随时随地制氢的问题。
[0005]为此，专利技术人基于光发酵生物制氢工艺及现有的制氢设备，设计了一种便携式混合搅拌酶解装置，同时提供了相应的制氢工艺，该装置体积小，能够更好的控制酶解条件，同时便于携带和搬运，为光发酵制氢反应提供设备及工艺的保障，以期解决现有技术中的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供一种便携式混合搅拌酶解发酵制氢方法及装置，通过设置两个反向螺旋的搅拌杆，可以提高生物质原料在酶解过程中的搅拌速率和酶解程度，从而加速了微生物与生物质原料之间的接触程度和微生物的代谢程度，最大限度地提高制氢效率，显著提高光发酵生物制氢过程中的产氢效率。
[0007]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0008]一种便携式光发酵制氢混合搅拌酶解装置，包括顶端敞口的圆柱状壳体和顶盖；顶盖和壳体可拆卸连接；
[0009]壳体的内腔设有隔板，隔板将壳体内腔分隔为上腔室和下腔室，下腔室内设有控制电机；
[0010]隔板的上端面设有转盘，转盘的顶端设有内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆；内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆均呈螺旋状；
[0011]外螺旋搅拌杆一端固定设置于转盘的上端面，另一端沿着竖直方向向上螺旋延
伸；
[0012]控制电机的电机轴向上延伸穿过隔板，并与转盘的中心处固定连接，控制电机的电机轴转动，能够带动转盘转动，转盘带动内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆以转盘的轴向中心线为中心进行转动。
[0013]进一步的，隔板水平设置。
[0014]进一步的，上腔室为酶解反应室，上腔室内设有反应液。
[0015]进一步的，为了防止上腔室内的反应液渗漏至下腔室内，隔板的上表面和下表面均设有防水层。
[0016]进一步的，内螺旋搅拌杆沿水平方向螺旋延伸，且内螺旋搅拌杆的侧壁均固定在转盘的上端面，即内螺旋搅拌杆形成螺旋的盘状。
[0017]进一步的，内螺旋搅拌杆的两末端部均设有涡旋搅拌块，涡旋搅拌块均呈竖直向上延伸的尖塔状。
[0018]进一步的，内螺旋搅拌杆形成的盘状结构直径小于外螺旋搅拌杆的螺旋直径。
[0019]进一步的，顶盖包括拱形的顶壁和圆柱状的筒体，顶壁与筒体的顶端固定连接，筒体内设有内螺纹，壳体顶端外壁设有与筒体内螺纹相适配的外螺纹，通过内螺纹和外螺纹的配合连接，可以实现顶盖与壳体顶端可拆卸连接。
[0020]进一步的，为了保证反应温度的稳定，壳体外设有保温层。
[0021]进一步的，为了增加酶解的效率，通过内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆设置成相反的延伸方向，实现旋转的方向相反，从而提高酶解反应室(上腔室)内搅拌和酶解的效率。
[0022]利用所述便携式光发酵制氢混合搅拌酶解装置进行的光发酵制氢的方法，包括如下步骤：
[0023]1)先将所述酶解装置进行灭菌消毒，并检查装置的气密性；将生物质原料、缓冲液、酶加入所述酶解装置中即为初始反应液，调节酶解装置的壳体内初始反应温度为45
‑
50℃；
[0024]2)然后盖上顶盖，进行密封酶解反应，并通过添加不同量的酶，从而设置不同的酶负荷，改变底物酶解率，反应过程中通过设定控制电机的转速，设定内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆的搅拌速度，反应过程中通过保温层保证反应液的温度，得到酶解反应液；
[0025]3)酶解反应结束后，打开顶盖，将酶解反应液取出，离心取酶解上清液，加入光合细菌HAU
‑
M1初始培养液，再加入产氢培养基，并置于光发酵产氢反应器中，进行光发酵生物制氢反应。
[0026]具体的，步骤1)中生物质原料为芦竹、玉米秸秆或者小麦秸秆。
[0027]具体的，步骤1)中，生物质原料的总固体(TS)含量为5
‑
8g。
[0028]具体的，步骤1)中，缓冲液为pH4.8柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲液，体积为80
‑
100mL。
[0029]具体的，步骤1)中初始反应液的总体积为100
‑
120mL。
[0030]具体的，步骤2)中酶解反应过程中固体物料和初始反应液的总固液比为1g:(20
‑
30)mL。
[0031]具体的，步骤2)中内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆的搅拌速度为120
‑
150rpm，酶解温度为30
‑
32℃，酶解时长为0
‑
72h，并设置不同的酶负荷10
‑
50FPU，从而改变底物酶解率。
[0032]优选的，步骤2)中酶负荷设置为10FPU、20FPU、30FPU、40FPU、50FPU。
[0033]具体的，步骤3)中制氢时所用光合细菌HAU
‑
M1，主要由深红红螺菌(R.hodospirillum rubrum)、荚膜红假单胞菌(R.capsulata)、沼泽红假单胞菌(R.pulastris)、类球红细菌(R.hodobacter sphaeroides)、荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)组成。
[0034]具体的，步骤3)中加入的产氢培养基体积为5
‑
10mL。
[0035]具体的，步骤3)中加入的光合细菌HAU
‑
M1初始培养液的体积为酶解上清液体积的20
‑
30％(v/v)，光发酵生物制氢反应过程中发酵液工作体积为120
‑
150mL。
[0036]具体的，步骤3)中的光发酵生物制氢反应条件为：温度30
‑
32℃，光照强度1000
‑...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种便携式混合搅拌酶解装置，其特征在于，包括顶端敞口的圆柱状壳体和顶盖；顶盖和壳体可拆卸连接；壳体的内腔设有隔板，隔板将壳体内腔分隔为上腔室和下腔室，下腔室内设有控制电机；隔板的上端面设有转盘，转盘的顶端设有内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆；内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆均呈螺旋状；外螺旋搅拌杆一端固定设置于转盘的上端面，另一端沿着竖直方向向上螺旋延伸；控制电机的电机轴向上延伸穿过隔板，并与转盘的中心处固定连接，控制电机的电机轴转动，能够带动转盘转动，转盘带动内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆以转盘的轴向中心线为中心进行转动。2.根据权利要求1所述的便携式混合搅拌酶解装置，其特征在于，内螺旋搅拌杆沿水平方向螺旋延伸，且内螺旋搅拌杆的侧壁均固定在转盘的上端面。3.根据权利要求1所述的便携式混合搅拌酶解装置，其特征在于，内螺旋搅拌杆的两末端部均设有涡旋搅拌块，涡旋搅拌块均呈竖直向上延伸的尖塔状。4.根据权利要求1所述的便携式混合搅拌酶解装置，其特征在于，顶盖包括拱形的顶壁和圆柱状的筒体，顶壁与筒体的顶端固定连接，筒体内设有内螺纹，壳体顶端外壁设有与筒体内螺纹相适配的外螺纹，通过内螺纹和外螺纹的配合连接，实现顶盖与壳体顶端可拆卸连接。5.根据权利要求1所述的便携式混合搅拌酶解装置，其特征在于，内螺旋搅拌杆和外螺旋搅拌杆设置成相反的延伸方向。6.利用根据权利要求1
‑
5任一所述便携式光发酵制氢混合搅拌酶解装置进行的光发酵制氢的方法，包括如下步骤：1）将生物质原料、缓冲液、酶加入所述酶解装置中即为初始反应液，调节酶解装置内初始反应液的初始反应温度为45
‑
50℃；2）然后盖上顶盖，进行密封酶解反应，并通过改...
【专利技术属性】
技术研发人员：张全国，杨佳斌，蒋丹萍，水雪楠，朱胜楠，金鹏，张寰，张志萍，荆艳艳，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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