[实用新型]电辅助将乙醇转化为乙酸的同时产甲烷的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种乙酸的制备装置，具体涉及一种利用生物电化学系统将乙醇转化为乙酸的同时产甲烷的装置。

背景技术

乙酸是一种重要的有机化工原料和化学反应中的溶剂，可广泛应用于农药、医药、合成材料及化纤等工业，在国民经济中占有相当重要的作用。乙酸的生产方法包括乙醛氧化法、甲醇羰基合成法（CN103370297A）、乙醇氧化法、乙烯氧化法（CN1122131A）及微生物发酵法（CN102703532A，CN103540619A）。

乙醛氧化法是一种二步氧化法，即乙烯氧化形成乙醛和乙醛氧化形成乙酸。由于这种方法中在氧化乙烯时起作用的Pd离子不能氧化产生出的乙醛，所以两个氧化步骤使用的催化剂不相同。因此，由此方法直接合成乙酸是困难的。甲醇羰基合成法其缺陷是用于此方法的催化剂铑的成本极为昂贵，且反应器腐蚀严重。

利用乙酸杆菌属细菌有氧发酵制备乙酸。在氧气充足的情况下，这些细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。做法是将乙酸菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度，放置于一个通风的位置，在几个月内就能够变为醋。工业生产醋的方法通过提供氧气使得此过程加快。但是该方法没有充分利用乙醇中储存的能量。

发明内容

本实用新型的一个目的在于提供一种有助于通过生物电化学方法将乙醇转化为乙酸的同时产甲烷的方法和装置。

  为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电辅助将乙醇转化为乙酸的同时产甲烷的方法，其特征在于：用质子交换膜将微生物电解池分隔为阳极室和阴极室，在阳极室和阴极室分别放置阳极电极和阴极电极，阳极电极和阴极电极通过导线分别与直流稳压电源的高电位端和低电位端连接；

在35℃下，将电活性产乙酸菌与除氧培养基混合后添加至阳极室中，使阳极表面附着有产电微生物，从而实现用生物催化剂即电化学活性产乙酸菌修饰阳极表面；

在35℃下，将电活性产甲烷菌与除氧培养基混合后添加至阴极室中，同时不断鼓充CO₂与N₂的混合气体（v:v=20:80），使阴极表面附着有电活性产甲烷菌，从而实现用生物催化剂即电活性产甲烷菌修饰阴极表面；

将含乙醇的培养基去除氧气后注入阳极室，另外向阴极室的溶液鼓充CO₂，阳极电活性产乙酸菌代谢溶液中的乙醇产生CH₃COOH、H⁺及电子，同时在电辅助及阴极生物催化剂作用下，产生的H⁺及电子在阴极表面将CO₂还原为甲烷。

优选地，其中所述电活性产乙酸菌为Geobacter metallireducens。

优选地，其中所述电活性产甲烷菌为Methanobacterium palustre、Methanosaeta harundinacea、Methanosarcina barkeri、其他单一电活性产甲烷菌或混合电活性产甲烷菌。

优选地，其中所述电活性产乙酸菌培养基1成分为（每升溶液含）：柠檬酸铁13.7 g；NaHCO₃ 2.5 g；NH₄Cl 0.25 g；NaH₂PO₄·H₂O 0.6 g；KCl₂ 0.1 g；CH₃COONa 6.8 g；Wolfe 微量维生素溶液10 mL；Wolfe 微量矿物元素溶液10 mL；pH=7.0。

优选地，其中所述电活性产乙酸菌培养基2成分为（每升溶液含）：柠檬酸铁13.7 g；NaHCO₃ 2.5 g；NH₄Cl 0.25 g；NaH₂PO₄·H₂O 0.6 g；KCl₂ 0.1 g；CH₃CH₂OH 0.92；Wolfe 微量维生素溶液10 mL；Wolfe 微量矿物元素溶液10 mL；pH=7.0。