[實用新型]實驗室條件下兩相發酵液的提取裝置

有效

• 申請號: 201821631282.5
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN209193943U
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 張懷文;黃松;董博文;董志偉;高志祥
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

實驗室條件下兩相發酵液的提取裝置，包括溫度液壓環境調控單元、兩相分離單元、液質提取單元及清洗單元。整個發酵裝置位于恒溫培養箱內，在箱體內部安裝有溫度傳感器、液壓調控系統和恒流抽壓機。兩相分離單元包括產酸相和產甲烷相裝置，產酸相在產甲烷相的左側，抽壓機通過抽壓管與產甲烷相裝置連接。在兩相分離單元的頂部設有微型小孔，生物選擇性透過膜在導液管之間，采用活塞式定量提取管抽取發酵液，清洗單元與產甲烷相裝置相連。本實用新型裝置工藝性強、操作簡單、成本低廉，為實驗室條件下的發酵產氣、兩相分離以及后續的代謝途徑機理研究提供了便利和分析基礎。

技術領域

本實用新型屬于煤層生物能源開發領域，具體涉及不同產氣階段發酵液提取的實驗裝置。

背景技術

自2016年《巴黎協定》正式生效，節能減排的任務已逐漸被世界各國提上日程，我國也承擔了一部分的減排責任。煤炭資源的無限制不合理開發以及無處理的燃燒、排放措施，導致了嚴重的環境污染和氣候變化。對煤層中賦存氣體的開采利用是解決這一問題的重要措施，在降低通風成本和獲得清潔能源的同時也給節能減排、環境保護帶來了新的轉機。而有著埋藏淺，開發成本低的生物成因煤層氣是未來實現煤層氣利用的一個重要途徑，目前次生生物成因煤層氣的基礎地質研究和勘探開發已成為煤層氣界研究的熱點之一。煤層氣生物工程的研究開發對實現節能減排、增加資源量和改善煤儲層滲透性具有不可忽視的意義。國內外學者對煤制生物甲烷的生成機理、生成條件、環境因子以及菌群結構等已做了大量的研究，但就目前分析現狀來看，對甲烷生成途徑并不完全明確也可能存在新的降解產氣途徑，同時其中間產物的變動轉化機制也存在傳統意義上的缺陷。鑒于此，設計新的實驗方法去探討可能存在的新的降解產氣途徑，這是對傳統發酵理論的補充以及生物工程的規模化應用不可或缺的步驟之一。

實用新型內容

本實用新型為了解決現階段發酵理論研究的欠缺不足之處，提供了一種制作工藝簡單、結構緊湊、成本合理、實驗性能強，能夠在確保煤厭氧發酵最適環境因子的基礎上，實現相的分離、發酵液的提取和保存的一種實驗室測定裝置。

為了解決上述問題，本實用新型采用如下技術方案：實驗室條件下兩相發酵液的提取裝置，包括溫度液壓環境調控單元、兩相分離單元、液質提取單元以及清洗單元；控制單元包括溫度、液壓和環境調控，采用智能恒溫調適裝置，在箱體內部安裝有溫度傳感器，當箱體內部溫度高于或低于原設定溫度值時會自視進行降溫或升溫操作，來達到溫度恒定的目的，同時箱體內部附有隔熱層，可使溫度達到預設值后得以保持，以使得微生物發酵所需的溫度因子保持最佳。恒流抽壓機位于培養箱底部，兩相分離裝置置于培養箱內部。

恒流抽壓機通過抽壓管與產甲烷相裝置連接，在產酸相結束時啟動抽壓裝置在壓力的作用下使得產酸相內的液質順利進入產甲烷相中。

兩相分離裝置包括產酸相和產甲烷相兩個反應裝置，且兩者反應相互獨立，互不影響。兩裝置之間靠耐腐蝕性導液管相連。導液管中間位置有一層生物選擇性透過膜，膜采用一次性使用材料并可手動抽出和安放。

溫度和液壓控制按鈕位于培養箱外部，便于實時操作。

在兩相發酵裝置的頂部設有微型小孔（避免外界空氣的影響），可手動添加酸堿性試劑調控發酵罐內pH的變化。通過調節pH、水力停留時間、營養物質元素等環境因子來最大程度的保證兩相發酵環境的最佳水平及間接的實現相的分離。由于產酸和產甲烷相的微生物類群對pH的適應范圍有較大差異，在產酸相內通過調控pH的變化，使產甲烷菌活性得到明顯抑制，反之在產甲烷相發酵罐內使pH值保持在產甲烷菌的最佳活性范圍內，而對產酸菌產生一定程度的抑制作用，進而實現兩相相對最大程度的分離。在產酸階段產生的大分子和小分子物質，在液壓裝置的控制下進入導液管內，在經過生物選擇性透過膜時，由于大分子物質無法通過，使得產甲烷菌所利用的物質是經產酸階段水解所生成的可直接利用的小分子物質。

生物選擇性透過膜與微型小孔手動調節點，在配合液壓裝置的共同作用，即可實現實驗室下兩相的相對分離。產酸相和產甲烷相的分離與發酵液的提取互不干擾，可同步進行。