[发明专利]一种将氢气和二氧化碳转化为乙酸的装置与方法

说明书

本发明公开了一种将氢气和二氧化碳转化为乙酸的方法与装置，利用电解池中的产甲烷菌，将H₂和CO₂合成甲烷，在氧化态蒽醌‑2,6‑二磺酸盐或/和Fe³⁺的介导下，甲烷被电活性厌氧甲烷营养古菌氧化，并产生乙酸、二氧化碳、还原态蒽醌‑2,6‑二磺酸盐、Fe²⁺和质子，AQDSH₂或Fe²⁺在电解池的阳极被氧化产生电子，产生的电子在外加电压作用下迁移到电解池的阴极与质子结合形成H₂，产甲烷菌再次利用H₂和CO₂合成甲烷，甲烷再次被电活性厌氧甲烷营养古菌氧化产生乙酸。采用本发明装置合成乙酸，无需昂贵的催化剂，显著降低了成本，且能耗低，对节能减排和环境治理都具有重要的意义。

技术领域

本发明属于二氧化碳资源化利用技术领域，具体涉及一种将氢气和二氧化碳转化为乙酸的装置与方法。

背景技术

乙酸是一种重要化工产品，其在生活与工业生产中具有广泛的应用。目前，乙酸生产方法主要有有氧发酵法、无氧发酵法、微生物单碳合成法、甲醇羰基化法、乙醛氧化法及乙烯氧化法。有氧发酵法的反应原理为C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O；无氧发酵法的反应原理为C₆H₁₂O₆→3CH₃COOH；微生物单碳合成法的反应原理为2CO₂+4H₂→CH₃COOH+2 H₂O、2CO+2H₂→CH₃COOH；甲醇羰基化法的反应原理为CH₃OH+CO→CH₃COOH；乙醛氧化法的反应原理为2CH₃CHO+O₂→2CH₃COOH。

上述方法均存在处理成本高、需要贵金属催化剂、能耗大及环境友好性差等缺点。

发明内容

为了解决传统方法制备乙酸存在的局限性，本发明提供了一种将氢气和二氧化碳转化为乙酸的装置与方法，为有效制备乙酸提供了新途径，并对节能减排和环境治理都具有重要的意义。

本发明利用电解池中的产甲烷菌，将H₂和CO₂合成甲烷，在氧化态蒽醌-2,6-二磺酸盐 (AQDS)或/和Fe³⁺的介导下，甲烷被电活性厌氧甲烷营养古菌氧化，并产生乙酸、二氧化碳、还原态蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDSH₂)、Fe²⁺和质子，AQDSH₂或Fe²⁺在电解池的阳极被氧化产生电子，产生的电子在外加电压作用下迁移到电解池的阴极与质子结合形成H₂，电解池中的产甲烷菌再次利用H₂和CO₂合成甲烷，甲烷再被电活性厌氧甲烷营养古菌氧化产生乙酸。

本发明的技术方案如下：

本发明将氢气和二氧化碳转化为乙酸的装置，包括密封的电解池、阳极电极、阴极电极、外部直流电源、进气管和排气管；电解池内有脱氧的培养基；阳极电极和阴极电极置于电解池内，且通过导线分别连接外部直流电源的高电位端和低电位端；进气管和排气管连接电解池内部。

作为优选，电解池采用有机玻璃材质制成。

作为优选，阳极电极和所述阴极电极均采用碳纤维刷。

本发明将氢气和二氧化碳转化为乙酸的方法，利用上述装置，步骤如下：

将电活性厌氧甲烷营养古菌和产甲烷菌接入装有脱氧的培养基的电解池中，加入乙酸钠培养电活性厌氧甲烷营养古菌；