[发明专利]配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器及其实验方法

权利要求书

1.配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器，其特征在于：包括酶解单元、产氢单元、酶脱附单元和酶吸附单元；酶解单元位于产氢单元内部，酶脱附单元位于酶解单元和产氢单元下方，酶吸附单元位于酶脱附单元下方；

酶解单元与产氢单元连通，酶解单元的下端出料口与酶脱附单元上端的进料口连接，产氢单元的底部出料口通过第一支撑管道与酶吸附单元的顶部连通，第一支撑管道上设置有第一手动阀，酶脱附单元的底部出料口通过第二支撑管道与酶吸附单元的顶部连通，第二支撑管道上设置有第二手动阀；

产氢单元包括顶部敞口的外筒体，外筒体顶部固定设置有第一盖体；

酶解单元包括内滤网筒、电机、搅拌轴和搅拌叶片，内滤网筒设置在外筒体内部并与外筒体具有同一条中心线，内滤网筒下端固定连接在外筒体底部，内滤网筒上端与第一盖体下表面接触，搅拌轴自上而下垂直穿过第一盖体伸入到内滤网筒内部，搅拌叶片固定安装在搅拌轴上并位于内滤网筒内，第一盖体顶部固定设置有支架，电机设置在支架上，电机的主轴下端通过联轴器与搅拌轴上端同轴向传动连接；

第一盖体上连接有与内滤网筒顶部连通的第一进料管，第一盖体上连接有均与外筒体内部连通的排气管和第二进料管，外筒体外侧下部连接有取样管，第一进料管、第二进料管和取样管上分别设置有第三手动阀、第四手动阀和第五手动阀；

第一支撑管道上端与外筒体底部连接并与外筒体内部连通；

酶脱附单元包括顶部敞口的酶脱附筒体，酶脱附筒体顶部设置有第二盖板，第二盖板与外筒体底部之间设置有下料管，下料管上设置有第六手动阀，酶脱附筒体内设置有上大小下呈圆锥形的上滤网筒，上滤网筒的上端外圆周与酶脱附筒体的中部内壁固定连接，上滤网筒的下端与酶脱附筒体的底部固定连接，酶脱附筒体的侧部连接有位于上滤网筒上方的脱附液进料管，酶脱附筒体底部连接有与上滤网筒下端连通的排渣管，排渣管上设置有第七手动阀。

2.根据权利要求1所述的配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器，其特征在于：酶吸附单元包括顶部敞口的酶吸附筒体，酶吸附筒体顶部设置有第三盖板，第三盖板上设置有新鲜秸秆进料管，酶吸附筒体内设置有上大小下呈圆锥形的下滤网筒，下滤网筒的上端外圆周与酶吸附筒体的中部内壁固定连接，上滤网筒的下端与酶吸附筒体的底部固定连接，酶吸附筒体底部偏心处连接有排液管，排液管上设置有第八手动阀，酶吸附筒体底部的中心处连接有底物排出管，底物排出管上设置有第九手动阀。

3.根据权利要求2所述的配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器，其特征在于：内滤网筒、上滤网筒和下滤网筒的筛孔孔径均为0.125mm；所有的手动阀均为蝶阀，自由控制流速；外筒体、酶脱附筒体和酶吸附筒体均采用透明玻璃制成。

4.采用如权利要求3所述的配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器的实验方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）、将秸秆粉碎为粒径为0.45mm的生物质粉末，备用；

（2）、将整个反应器放置在恒温气候室中，温度设为30℃；将生物质粉末、纤维素酶和适量的pH为4.8的柠檬酸钠缓冲液混合后从第一进料管倒入到内滤网筒内，将菌液、产氢培养基和pH为4.8的柠檬酸钠缓冲液混合后从第二进料管倒入到外筒体内，然后关闭第三手动阀和第四手动阀；

（3）、产氢过程：内滤网筒内的液体与外筒体内的液体维持同一水平线上，整体的发酵初始pH调到6.5，光合细菌的接种为30%（v/v），光合制氢时采用黄色LED照明光纤提供光照，光照强度为3500lux；启动电机，驱动搅拌轴和叶片转动，对酶解中秸秆类生物质搅拌，增大酶解效率；内滤网筒内置于外筒体内部可以有效的吸收细菌在发酵过程中产生的生物热，保证酶解过程的温度维持在纤维素酶的最佳活性温度50℃，提高纤维素酶的活性；酶解单元产生的糖通过内滤网筒进入产氢单元内供细菌产氢，产生的气体通过排气管收集，在产氢过程中打开第五手动阀，通过取样管对产氢发酵过程参数变化进行检测；

（4）、产氢结束后，进行固液分离，打开第六手动阀，内滤网筒中的残渣在搅拌叶片搅拌的作用下通过下料管进入到酶脱附筒体内，随着残渣进入酶脱附筒体内的发酵残液经过上滤网筒的过滤后，打开第二手动阀，发酵残液通过第二支撑管道进入酶吸附筒体，同时也打开第一手动阀，外筒体内的发酵残液通过第一支撑管道进入酶吸附筒体内，发酵残液全部进入到酶吸附筒体内后，关闭第一手动阀和第二手动阀；

（5）、把pH为10的柠檬酸钠缓冲液从脱附液进料管注入酶脱附筒体内，对落在上滤网筒上的残渣进行酶脱附；酶脱附完成后，将酶脱附筒体中的pH调回4.8；与此同时，通过新鲜秸秆进料管将新鲜秸秆加入到酶吸附筒体内，新鲜秸秆落到下滤网筒上，从第二支撑管道流入到酶吸附筒体内的脱附液中含有较多的纤维素酶与新鲜秸秆充分接触，新鲜秸秆对纤维素酶进行重吸附，吸附完成后，开启第八手动阀，酶吸附筒体中的发酵残液从排液管排出；酶脱附筒体中的带有纤维素酶的缓冲液通过第二支撑管道进入酶吸附筒体内，开启第九手动阀，下滤网筒上的新鲜秸秆底物和带有纤维素酶的缓冲液一块通过底物排出管进入下一个酶解单元，对纤维素酶进行重新利用；

（6）最后，打开第七手动阀，将酶脱附单元中的残渣通过排渣管排出，实验完毕。