微藻(酶)膜反应器去除密闭环境空气中CO的研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolch003
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
载人航天器或潜艇等密闭环境中CO2的去除和O2及时补充,是环控生保系统的重要任务之一。密闭空气中CO2去除技术首先要求高效、稳定和安全,其次是装置体积小、重量轻、能耗低、寿命长,以及操作和维护简便。本论文围绕上述目标,基于中空纤维膜传质比表面大、设备体积小的优势,选定小球藻(Chlorella vulgaris)和碳酸酐酶(CA)两种作为CO2固定与转化的高效传递载体,研制中空纤维膜式光生物反应器和中空纤维酶膜反应器,分别用于去除CO2的系统性研究。 小球藻比C4植物光合速率高、繁殖快、环境适应性强,是一种高效的CO2固定转化载体。本文在3 L简易式光生物反应器中,首先开展小球藻对去除CO2的效果试验,考察了碳源、pH、温度、光照强度和供气条件等影响因素。在光强3500 lx、温度25~30℃条件下,采用孔径为0.33μm的中空纤维膜组件曝气,流量为600 ml/min,当进气CO2浓度为1%时,CO2去除率约为50%,最大CO2去除速率达到118 mg/(L·h)。 其次,采用分批补料和碳源补充法,在10 L气升式光生物反应器中进行小球藻的高密度培养,使细胞密度从补料前2.3×107 cells/ml提高到2.675×108 cells/ml。在一定的气速下,进气浓度对小球藻光合固定CO2和产O2的影响较大,实验结果表明,当进气CO2浓度为0.04%左右时,不能满足微藻生长所需碳源,当CO2浓度提高到1%时,藻液pH下降到8.5左右,通常能使细胞密度增加到1.0×108cells/ml以上;另外,降低进气中O2的含量,有利于小球藻光合产O2,但对反应器的CO2去除速率影响并不显著。研究还表明小球藻光合固定CO2和产生O2能力与细胞的生长周期紧密相关,在分批式培养过程中,进入静止期后的细胞利用CO2和产生O2能力锐减。由此可知,增强单位反应器处理CO2能力不能一味依赖细胞密度的增加。 然后,在原10 L光生物反应器上串联中空纤维膜组件,采用中空纤维死端流曝气法以改善小球藻供碳方式。试验发现,该法不但能使气泡更加细小均匀,而且气体在藻液中的停留时间由原来的2秒提高到20秒以上,有利于藻液中溶氧及时解吸。当细胞密度为2.0×107cells/mL时,在光强10000 lx,温度25~30℃、进气流速3 L/min的操作条件下,CO2浓度可从1.0%降低到0.3%;在相同流速下,用室内空气(0.04%CO2)进气,出气CO2浓度可降到色谱检测极限(0.01%),CO2去除速率则由原来的80 mg/(L·h)增强到260 mg/(L·h)。 基于以上实验数据,建立了气升式光生物反应器去除CO2的动力学模型,推导出模型的两种简化形式,并用于模拟气升式柱型光生物反应器藻液中pH、DO随时间变化情况和进气CO2浓度影响,预测光照条件下出气CO2、O2浓度变化趋势,其预测结果与实验数据基本吻合。该模型对于光生物反应器的优化设计和微藻的高密度培养、用于密闭空气中微量CO2去除的模拟和预测具有指导意义。 论文的另一主题是关于高效载体碳酸酐酶(CA)去除CO2能力的研究,CA对CO2具有可逆催化转化作用。在由两股中空纤维束组成的一个特制组件(一束膜管程通原料气,另一束膜管程通吹扫气)的壳程填充CA及其缓冲溶液,研制成中空纤维含酶液膜反应器,用于低浓度CO2去除。当CA浓度为10 mg/L,酶活2200 U/mg,Tris-HCl缓冲溶液浓度0.02 M(pH=8.0,25℃),原料气进口气速100 ml/min,吹扫气速进口200 ml/min时,采用5级串连就可以将进气CO2浓度为1%的呼吸气处理下降至一般大气CO2水平(0.035%)以下。该中空纤维含酶液膜反应器连续操作稳定,通过Ar吹扫能够恢复酶活性,再生后的CA酶膜反应器CO2去除能力不下降。 最后,本文还制备了一系列聚丙烯酸—丙烯酰胺耐盐高吸水性树脂,用于微藻和CA的凝胶固定。发现该凝胶不适合微藻的固定化培养,但适合CA的凝胶固定化。CA分子能够进入其中一种具有生物相容性的聚丙烯酸—丙烯酰胺凝胶分子网络,该CA凝胶(4℃)存放半年以上未见酶的明显失活。所制备的中空纤维凝胶固载CA膜反应器,由于CA束缚在凝胶中不但不会流失,而且凝胶网络中大量的水分子存在,为CA催化转化提供了良好水相环境,使进气0.52%CO2降低到0.09%以下,显示了极佳的CO2去除效果,具有性能稳定、安全可靠,而且体积小,操作方便,有可能成为空间站密闭舱内CO2去除的理想装备。
其他文献
摘 要:企业管理在企业发展过程中有着重要的地位和作用,它是企业实现可持续发展的根本保障,在这个日益激烈的市场竞争中,各个企业为了能成为竞争中的佼佼者,纷纷对自己内部的管理进行了创新和改革,而精细化管理就是时代发展对企业管理的必然要求,煤矿企业的精细化管理作为企业文化中的重要组成部分,二者还有着相互制约、共同发展的关系。文章主要分析了精细化管理与煤矿企业文化建设之间的关系、精细化管理下煤矿企业文化建
期刊
摘 要:思维导图(MindMap)又称心智地图、思维地图,是一种反应出我们大脑思考模式的可视化、图像化思维工具。它将可视化的图像,依照人类大脑最自然的思考方式,以直观的图解、网络化地描述,表达出多个概念之间的联系,或呈现大脑的思维过程,可以帮助我们激发创意、提高记忆力、提升解决问题能力。将思维导图应用于产品创新项目管理中,可以使复杂的项目管理工作变得有序高效,它能将所有细节都以图形的形式呈现出来,
期刊
摘 要:随着企业的快速发展,现代企业管理制度逐步形成并不断地完善,信访维稳工作的重要性日益凸显。做好企业职工群众的信访维稳工作是维护企业健康发展、保持企业和谐稳定的大计。企业信访维稳是做人的工作,必须以人为本,尊重職工、依靠职工,维护职工群众合法权益,牢固树立“一切为了职工,一切依靠职工”的观念,把职工群众的呼声和要求作为第一信号,把实现职工群众的愿望和利益作为第一追求,把职工群众认可不认可、满意
期刊
维生素E是一种人体所必需的脂溶性维生素,具有广泛的应用价值和广阔的市场前景。目前人工合成维生素E是满足世界需求的主要途径。2,3,5-三甲基-1,4-苯醌(TMQ)为合成维生素E工艺路线中的关键一环,其在实际生产中是通过氧化2,3,6-三甲基苯酚(TMP)制得。TMP催化氧化反应属于多相氧化反应过程,反应体系存在氧气溶解较难、传质效率较低等问题,导致其反应时间长、生产效率较低。本文将超重力反应器(又称旋转填充床,RPB)用于TMP催化氧化合成TMQ过程,利用超重力技术强化反应体系的混合及传质过程,以缩短反
摘 要:当前科学技术进入到了大发展阶段,经济开始向全球化方向发展,因此建筑工程企业之间的竞争加剧,核心竞争就是施工技术的竞争,因此必须提高施工技术,加强对施工技术的管理,结合当前技术实践中存在的问题,对传统技术不断创新和突破,提高建筑企业的自身优势,为以后的发展奠定基础。下面就对这些方面进行分析,希望给有关人士一些借鉴。  关键词:建筑工程;施工技术;管理方案  一、新时期建筑工程施工技术管理的重
期刊
膜式氧合器是心血管手术、肺移植等待、急性呼吸疾病治疗等必备的医疗设备。由于受中空纤维膜材料生物相容性、管束排列方式以及容器体积等的影响,膜式氧合器在使用过程中存在蛋白质吸附、血小板黏附、血液沉积等问题。此外,由于中空纤维膜不透明,难以通过实验直接观察血液灌注动力学。为了改善膜式氧合器的血液相容性,快速预测并优化氧合器的使用性能,本论文从仿生聚合物涂层和计算流体动力学(CFD)仿真模拟两个方面开展了
帕金森病疾病PD为中枢神经性系统疾病。其发病机制及原因较多,主要为其多巴胺能神经元受损,从而造成多巴胺分泌减少。其临床症状主要表现为运动功能减退严重,如行走困难并伴有四肢僵直及肌肉震颤,且有反应迟缓、站立不稳等。其病理学特征主要为一种黑质中路易小体的形成。帕金森病的病因尚不清楚,其致病因素复杂,与环境,有毒物质接触,遗传因素,外部创伤及线粒体功能障碍等有关。到目前为止,帕金森的治疗手段较少,主要以
摘 要:采油厂近年来坚持以人为本、紧贴实际、服务生产的办学方向,本着“实用、实效、实惠”的培訓原则,践行“围绕中心、服务发展”的培训理念,多形式、多渠道、多层次地开展职工培训,全面提高采油厂职工队伍整体素质,促进了采油厂科学和谐发展。面对日益加剧的工学矛盾,我们紧紧抓住创新这个关键环节,推行了“五化”培训新模式,实现了人才、效益双丰收,培训指标达到了新的高度。  关键词:培训;模式;素质;人才  
期刊
采用纳米SiO2粒子改性聚合物可以有效提高材料的综合性能。针对目前采用纳米SiO2粉体改性聚合物时存在的分散不匀、解团聚困难、无机粒子与聚合物相容性差等问题,论文提出了直接以纳米SiO2分散液为原料,在纳米SiO2粒子表面引入可反应化合物,并分别通过原位乳液聚合和细乳液聚合制备聚丙烯酸酯(ACR)/SiO2纳米复合粒子的新方法。对纳米SiO2粒子表面引发剂的吸附和丙烯酸酯类单体的偶联规律、改性纳米SiO2粒存在下的原位乳液和细乳液聚合动力学和聚合稳定性、复合乳胶粒子粒径和形态控制、复合乳胶粒子形成机理进行
本文针对氯乙烯(VC)悬浮聚合后处理工艺复杂,易产生废气、废水等环境污染等问题,提出了以超临界二氧化碳(Sc-CO2)为介质进行VC聚合的新思想,在建立新的立方型状态方程二元相互作用参数理论公式预测VC/CO2的相行为,并进行实验验证的基础上,研究以Sc-CO2为介质的VC沉淀聚合规律,为开发在Sc-CO2中VC沉淀聚合新方法提供基础。 对于偏离二参数对应状态原理的CO2/VC等复杂流体,本文以Mie势能函数和London色散力理论为基础,引入基于Joffee和Stewart虚拟临界规则的Lel