[发明专利]一种电极还原二氧化碳生产乙酸的装置和方法

说明书

本发明公开了一种电极还原二氧化碳生产乙酸的装置和方法，包括由阳离子交换膜分隔开的阳极室和阴极室，阳极室内设置有阳极，阴极室内设置有阴极，阳极和阴极在阳极室和阴极室外部通过电源串联形成回路，阴极和阳极之间间距为2～3cm；所述阴极室内设有用于测量相对电位的Ag/AgCl电极；所述阴极室中加有阴极液，阳极室中加有阳极液，在阴极室中接入产乙酸菌，通过驯化，在阴极室中形成一层生物膜；所述阴极室的底部设有用于通入纯二氧化碳气体的微孔曝气入口，顶部设有二氧化碳出口，以阳离子交换膜将所述反应器分隔成阴极室和阳极室，以PTEC溶液为阴极液和阳极液，外加电位，接入产乙酸混合菌，纯二氧化碳经过微孔曝气进入到反应器中生产乙酸。

技术领域

本发明属于二氧化碳的资源化利用技术领域，具体涉及一种电极还原二氧化碳生产乙酸的装置和方法。

背景技术

全球经济的快速发展和大量的人口增长导致对能源的需求量快速增长。到2035年，石油、煤炭和天然气仍将是主要的能源来源，占能源总量的75％以上，这将导致更多的CO2排放量。2015年全球CO2浓度达到历史新高的400ppm，较19世纪提高50％。目前世界CO2排放量仍然以每年4％的速率快速增加，据国际能源署预测，到2030年，人类CO2排放量将会达到40.2Gt。因此，将CO2进行资源化转化能减少大气中温室气体的含量，还能生产高附加值的化学品或生物燃料，实现CO2的循环利用，对缓解温室效应和能源危机具有重大的意义。

微生物电合成系统(Microbial electrosynthesis system，简称MES)是一种电化学还原技术，在环境与能源领域受到了越来越多的关注。该系统是利用吸附在电极上的微生物作为催化剂，进行阴极还原或者阳极氧化的生物电化学反应器。研究表明，通过实验室进化来优化微生物的自养代谢是提高CO2生物转化率的有效策略。微生物细胞工厂耦合电化学技术，使用微小的电压就能实现电能向化学能的能量储存。消耗CO2避免了捕集、储存等传统CO2处理方法的缺陷，并且占地面积极小，不与粮食生产竞争土地。随着机理研究不断深入和应用领域不断扩大，MES技术将向更加高效、绿色发展。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种微生物电化学系统来固定二氧化碳产乙酸的装置及方法，从而提高二氧化碳合成化学品的产量。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种电极还原二氧化碳生产乙酸的装置，包括由阳离子交换膜分隔开的阳极室和阴极室，阳极室内设置有阳极，阴极室内设置有阴极，阳极和阴极在阳极室和阴极室外部通过电源串联形成回路，阴极和阳极之间间距为2～3cm；所述阴极室内设有用于测量相对电位的Ag/AgCl电极；

所述阴极室中加有阴极液，阳极室中加有阳极液，在阴极室中接入产乙酸菌，通过驯化，在阴极室中形成一层生物膜；

所述阴极室的底部设有用于通入纯二氧化碳气体的微孔曝气入口，顶部设有二氧化碳出口。

具体地，所述阴极由碳毡制成，处理步骤如下：

S1：截取数个适合大小的碳毡；

S2：在室温环境下，将步骤S1碳毡放HCl水溶液中浸泡，以去除金属杂质；

S3：在室温环境下，将步骤S2处理后的碳毡放在NaOH水溶液中浸泡，以去除表面吸附有机物；

S4：将步骤S3处理后的碳毡用去离子水洗净，烘干后即得。

具体地，所述阳离子交换膜按照如下步骤处理：

S1：截取数个适合大小的阳离子交换膜；

S2：将阳离子交换膜放在H₂O₂水溶液中煮沸，用去离子水洗净；