[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

说明书

配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器，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；酶解单元与产氢单元连通，酶解单元的下端与酶脱附单元上端的进料口连接，产氢单元的底部通过第一支撑管道与酶吸附单元的顶部连通，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。本发明还公开了配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器的实验方法。本发明在产氢过程结束后进行纤维素酶的回收利用，将纤维素酶回收可重复利用酶解反应后的纤维素酶，有效利用纤维素酶的残余活性，提高单位酶的得糖率，进一步减少纤维素酶用量，可以大幅度的降低工艺成本，促进秸秆类生物质能源转化的产业化生产。

技术领域

本发明属于农业工程中的农村能源技术领域，尤其涉及一种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。

背景技术

过度使用化石能源造成的能源短缺和环境污染使得生产和使用清洁能源迫在眉睫，氢能燃烧密度高，清洁无污染，被认为是一种很有吸引力的替代能源。在各种制氢方法中，生物制氢利用微生物在常温常压下进行可再生能源的生产，已成为国内外研究热点。

生物制氢主要包括光解水制氢、光发酵制氢和暗发酵制氢。其中，光发酵制氢是微生物在太阳能的驱动下利用各种有机废弃物进行的产氢，能有效的将废弃物的治理和清洁能源的生产结合起来，被认为是最具发展前景的氢气生产工艺。

目前以秸秆类生物质为原料进行光合生物制氢过程中，首先需要对纤维素生物质进行粉碎，然后进行酶预处解，把纤维素转化成小分子的糖类及小分子酸等碳水化合物，酶解出来的有机质被光合细菌利用进而产氢，但是由于在酶解的过程中糖类物质的累积会抑制酶解的的进行，造成底物转化效率低，于是采用了同步糖化发酵法，将酶水解过程和发酵产氢过程耦合于同一反应器，酶水解出来的糖能及时被光合细菌利用进行产氢，提高底物转化效率。另外反应器采用酶解单元内置法，减少生物质对光的遮挡效应。因为若把纤维素生物质和光合细菌放在同一个反应器时，纤维素生物质会遮挡光线，不利于细菌接受光能量，进而影响光合细菌的光合作用从而导致产氢效率低。

纤维素酶在生物制氢过程中有着不可缺少的作用，它可以把纤维素转化为可发酵性糖以供细菌发酵，但是由于其成本较高，以致加大了制氢的成本，这是阻碍生物制氢工业化运行的主要原因之一。在纤维酶对生物质纤维素进行水解时，一部分酶会吸附在生物质表面，一部分游离在酶解液中。为了能够重复利用酶解反应后的纤维素酶以便降低制氢成本，在反应结束后进行纤维素酶的回收利用是一重要环节。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种提高酶解效率、产氢效率和酶回收效率并降低反应成本的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。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：配有酶回收利用的同步糖化发酵产氢反应器，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；