一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置及测试方法，属于微藻固碳技术领域。反应器包括：二氧化碳瓶、微藻固碳单元、固碳环境控制单元、微藻固碳量检测单元。测试方法为：通过日光灯带、电加热丝为微藻提供最佳的固碳环境，再通过二氧化碳瓶向微藻瓶内通入二氧化碳，在此过程中，通过微电流刺激微藻使得微藻保持活力，最后通过固碳量计算程序计算微藻的固碳量。本发明专利技术解决了目前缺乏一种测试在各种环境情况下微藻固碳能力的装置和方法的问题，具有实现微藻固碳能力的自动化计算，省时省力且误差更小的问题。省时省力且误差更小的问题。省时省力且误差更小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置及测试方法


[0001]本专利技术涉及微藻固碳
，具体是涉及一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置及测试方法。

技术介绍

[0002]微藻是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类群体。微藻通常是指含有叶绿素a并能进行光合作用的微生物的总称，属于原生生物的一种。微藻个体非常小，喜欢随着海水自由漂荡。微藻一般含有叶绿体，因而可以进行光合作用，制造丰富的有机物，释放氧气，让海洋生态系统有序运行。
[0003]微藻是自然生态系统中的重要组成部分，在物质循环过程中发挥着重要作用。比如微藻体内具有光合色素(叶绿素等)，能高效地利用光能、二氧化碳和水进行光合作用，产生氧气并合成碳水化合物，与其它光合细菌一起为食物链上游端生物提供营养，并且微藻本身也可以利用二氧化碳以光营养的方式生长。
[0004]因此，微藻具有一定的固碳能力，值得一提的是，微藻体内的合成物质也不是固定不变的，会根据品种类别和繁殖条件而异，比如通过改变环境因素(pH值、温度、光照、二氧化碳浓度、营养物质等)，可以在很大程度上积累特定品种的微藻。
[0005]在各种环境情况下微藻的固碳能力具体如何，决定了微藻应用于环境治理的潜力。至于如何测试在各种环境情况下微藻的固碳能力，目前并没有一种测试装置和方法能够达到上述效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：目前缺乏一种测试在各种环境情况下微藻固碳能力的装置和方法。
[0007]为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置，包括：
[0009]二氧化碳瓶，二氧化碳瓶用于提供微藻固碳所需二氧化碳，
[0010]微藻固碳单元，微藻固碳单元用于通过微藻实现固碳反应，微藻固碳单元与二氧化碳瓶连通，微藻固碳单元包括：通过遮光板分隔的微藻反应池和光催化阳极反应池，微藻反应池内设有数个水培有微藻的微藻瓶，光催化阳极反应池内设有光催化阳极，光催化阳极通过导线连接有位于光催化阳极反应池上方的直流电源，直流电源的阴极通过导线连接有位于微藻瓶内部的光催化阴极，其中，光催化阳极采用碳纸、碳毡或碳布作为基底材料，基底材料上涂覆有光催化剂，光催化剂为TiO2、BiVO4或ZnO，
[0011]固碳环境控制单元，固碳环境控制单元用于提供微藻固碳反应的反应环境，固碳环境控制单元包含在微藻固碳单元内且设有PLC控制器，PLC控制器与直流电源电性连接，固碳环境控制单元包括：用于通过水浴法调整微藻瓶内水体温度的微藻瓶温度控制子单元，用于调整微藻瓶内受到光源亮度的微藻瓶光源控制子单元，用于调整微藻瓶内通入二
氧化碳浓度及通入二氧化碳量的二氧化碳控制子单元，用于根据光密度估计微藻瓶内微藻量的生物量测量子单元，用于控制微藻瓶内微藻反应时间的反应时间控制子单元，
[0012]微藻固碳量检测单元，微藻固碳量检测单元位于微藻固碳单元内，微藻固碳量检测单元包括：安装在PLC控制器上且根据微藻瓶的进气管通入的二氧化碳量、出气管排出的二氧化碳量、生物量测量子单元估算的微藻量得到微藻固碳量的固碳量计算程序。
[0013]其中，微藻反应池和光催化阳极反应池内溶液均为水。
[0014]进一步地，二氧化碳瓶的出口通过管道连通有排气泵，排气泵的出气口连通有二氧化碳供气管。
[0015]说明：排气泵能够提供通入量可调的二氧化碳，有助于为不同量的微藻提供对应的足量二氧化碳，使得微藻保持在最佳状态。
[0016]进一步地，微藻瓶内还设有通入水中的进气管、两端均与微藻瓶内连通的循环反应管、与外部空气连通的出气管，进气管与二氧化碳供气管连通，进气管、循环反应管、出气管上均设有电控单向阀，电控单向阀与PLC控制器。
[0017]说明：进气管、循环反应管、出气管的设计使得二氧化碳能够充分被微藻吸收。
[0018]进一步地，微藻瓶温度控制子单元包括：布设在微藻反应池内的温度传感器，入水口通过管道与微藻反应池连通的水泵，水泵的出水口通过设有电加热丝的管道与微藻反应池连通，微藻瓶光源控制子单元包括：覆盖微藻反应池所有内壁的日光灯带、覆盖光催化阳极反应池所有内壁的紫外光灯带，日光灯带、温度传感器、水泵、电加热丝与PLC控制器电性连接。
[0019]说明：微藻瓶温度控制子单元能够为微藻提供各种温度环境，利于微藻固碳能力的测试。
[0020]更进一步地，二氧化碳控制子单元包括：分别布设在进气管、循环反应管、出气管上的流量计、二氧化碳浓度传感器，流量计、二氧化碳浓度传感器与PLC控制器电性连接。
[0021]说明：PLC控制器能够控制二氧化碳控制子单元控制通入各个微藻瓶内的二氧化碳量，从而利于测试微藻的固碳能力。
[0022]优选地，生物量测量子单元包括：布设在微藻瓶内的光密度仪，安装在PLC控制器上且根据光密度仪测量数据估算微藻浓度的微藻浓度估计程序，光密度仪与PLC控制器电性连接。
[0023]说明：生物量测量子单元能够通过光密度仪结合微藻浓度估计程序，计算得到每个微藻瓶内的微藻量。
[0024]优选地，微藻浓度估计程序的计算逻辑为：通过光密度仪测量得到微藻瓶内的光密度，再通过微藻瓶的横截面积得到透光面积，将横截面积减去透光面积即得到微藻面积，通过微藻面积除以单个微藻的平均面积，即可得到微藻瓶内的微藻量。
[0025]说明：微藻固碳反应装置能够结合微藻消耗的二氧化碳量结合微藻浓度估计程序计算得到微藻量，得到单个微藻在各种环境下的固碳效果。
[0026]优选地，固碳量计算程序的计算逻辑为：根据微藻瓶的进气管通入的二氧化碳量及出气管排出的二氧化碳量得出微藻瓶内微藻的固碳量，再根据生物量测量子单元得出的微藻瓶内的微藻量，将固碳量除以微藻量得出单位微藻在限定时间内的固碳量，其中，二氧化碳量由气体量及气体中二氧化碳浓度相乘得到。
[0027]说明：微藻固碳反应装置能够通过固碳量计算程序得到较为精确的微藻固碳量，从而利于测试微藻在各种环境下的固碳能力。
[0028]进一步优选地，光催化阴极的电极材料为碳毡、碳刷或碳布。
[0029]说明：碳毡、碳刷或碳布作为良好的电极材料，具有良好的导电效果。
[0030]本专利技术还提供一种光电耦合的多通道微藻固碳反应测试方法，基于上述一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置，包括以下步骤：
[0031]S1、将水培有微藻的微藻瓶固定在微藻反应池内，微藻瓶温度控制子单元控制水泵将微藻反应池内水体吸入后通过出水管内的电加热丝进行加热，直至达到并保持微藻的生长温度；
[0032]S2、微藻瓶光源控制子单元控制日光灯带达到微藻生长所需的光强；
[0033]S3、二氧化碳控制子单元控制排气泵将二氧化碳瓶中带有二氧化碳的气体通过进气管通入微藻瓶，此时，出气管的电控单向阀为关闭状态，固碳量计算程序记录进气管通入的气体量及二氧化碳浓度，通入后关闭进气管上的电控单向阀，微藻瓶内的气体通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置，其特征在于，包括：二氧化碳瓶(1)，所述二氧化碳瓶(1)用于提供微藻固碳所需二氧化碳，微藻固碳单元，所述微藻固碳单元用于通过微藻实现固碳反应，微藻固碳单元与所述二氧化碳瓶(1)连通，微藻固碳单元包括：通过遮光板(19)分隔的微藻反应池(2)和光催化阳极反应池(14)，所述微藻反应池(2)内设有数个水培有微藻的微藻瓶(3)，所述光催化阳极反应池(14)内设有光催化阳极(15)，所述光催化阳极(15)通过导线连接有位于光催化阳极反应池(14)上方的直流电源(16)，所述直流电源(16)的阴极通过导线连接有位于所述微藻瓶(3)内部的光催化阴极(17)，其中，光催化阳极(15)采用碳纸、碳毡或碳布作为基底材料，所述基底材料上涂覆有光催化剂，光催化剂为TiO2、BiVO4或ZnO，固碳环境控制单元，所述固碳环境控制单元用于提供微藻固碳反应的反应环境，固碳环境控制单元包含在所述微藻固碳单元内且设有PLC控制器(8)，所述PLC控制器(8)与直流电源(16)电性连接，固碳环境控制单元包括：用于通过水浴法调整所述微藻瓶(3)内水体温度的微藻瓶温度控制子单元，用于调整所述微藻瓶(3)内受到光源亮度的微藻瓶光源控制子单元，用于调整所述微藻瓶(3)内通入二氧化碳浓度及通入二氧化碳量的二氧化碳控制子单元，用于根据光密度估计所述微藻瓶(3)内微藻量的生物量测量子单元，用于控制所述微藻瓶(3)内微藻反应时间的反应时间控制子单元，微藻固碳量检测单元，所述微藻固碳量检测单元位于所述微藻固碳单元内，所述微藻固碳量检测单元包括：安装在所述PLC控制器(8)上且根据所述微藻瓶(3)的所述进气管(6)通入的二氧化碳量、所述出气管(13)排出的二氧化碳量、所述生物量测量子单元估算的微藻量得到微藻固碳量的固碳量计算程序。2.如权利要求1所述的一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置，其特征在于，所述二氧化碳瓶(1)的出口通过管道连通有排气泵(5)，所述排气泵(5)的出气口连通有二氧化碳供气管(4)。3.如权利要求2所述的一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置，其特征在于，所述微藻瓶(3)内还设有通入水中的进气管(6)、两端均与微藻瓶(3)内连通的循环反应管(12)、与外部空气连通的出气管(13)，所述进气管(6)与所述二氧化碳供气管(4)连通，进气管(6)、所述循环反应管(12)、所述出气管(13)上均设有电控单向阀，所述电控单向阀与所述PLC控制器(8)。4.如权利要求1所述的一种光电耦合的多通道微藻固碳反应装置，其特征在于，所述微藻瓶温度控制子单元包括：布设在所述微藻反应池(2)内的温度传感器(7)，入水口通过管道与所述微藻反应池(2)连通的水泵(10)，所述水泵(10)的出水口通过设有电加热丝(11)的管道与微藻反应池(2)连通，所述微藻瓶光源控制子单元包括：覆盖所述微藻反应池(2)所有内壁的日光灯带(9)、覆盖所述光催化阳极反应池(14)所有内壁的紫外光灯带(18)，所述日光灯带(9)、所述温度传感器(7)、所述水泵(10)、所述电加热丝(11)与所述PLC控制器(8)电性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海亚，段亮，邢飞，高祥云，穆映鸣，张志超，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：