[发明专利]用于二氧化碳的生物转化的无膜反应器设计和工艺

权利要求书

1.一种用于通过微生物电合成将二氧化碳转化为醇的无膜反应器，其中所述无膜反应器包括：

a)作为工作电极的具有经电活性材料改性的活性层的管状气体扩散电极；

b)圆形对电极；

c)多孔生物电活性过滤器；

d)电解质；和

e)取样口。

2.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述反应器为单室的并且能够在连续搅拌釜反应器中或者在顺序间歇反应器中以间歇或连续或半连续模式运行。

3.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述工作电极包括朝向内芯或朝向外侧的气体隔室。

4.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述工作电极的所述活性层包含：

a)比例为60:40的活性炭粉末与石墨；和

b)以0.4mg/cm²至0.6mg/cm²的浓度范围存在的所述电活性材料。

5.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述工作电极经以0.4mM至0.6mM的浓度溶解在所述电解质中的聚合的氧化还原介质处理；

其中所述电解质包含微量金属溶液以及作为碳源的二氧化碳。

6.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述对电极由具有浓度范围为0.6mg/cm²至0.8mg/cm²的高活性材料的涂层的钛或镍或者混合金属氧化物(钌或铱)涂覆的钛制成。

7.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述对电极为具有拥有较宽的孔和中心腔的穿孔布置的圆盘形状。

8.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述工作电极和所述对电极定位成彼此垂直，并且所述工作电极垂直布置在所述反应器的内部使得所述工作电极保持完全浸入所述电解质中，其中所述活性层面向所述电解质，以及气体扩散层面向圆柱体的内侧而不接触所述电解质，并且其中所述对电极定位在所述电解质的顶部上。

9.根据权利要求8所述的无膜反应器，其中所述工作电极和所述对电极的垂直布置是为了避免在所述气体扩散电极处的氧接触。

10.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中用于所述反应器的原料为单独的CO₂或者具有14％CO₂以及其他污染物气体的烟气。

11.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中用于微生物电合成的生物催化剂为选自EAB、化能自养细菌、异养细菌、同型乙酸细菌等的微生物。

12.根据权利要求11所述的无膜反应器，其中在培养之前，使所选择的微生物在3V电池电位下生长5天至7天。

13.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中通过保持气体的流量将反应器压力保持在2巴至10巴的范围下。

14.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述反应器在1V至4V范围内的电位或50A/m²至200A/m²范围内的施加电流下运行。

15.根据权利要求1所述的无膜反应器，其中所述多孔生物电活性过滤器与所述气体扩散电极的所述活性层关联地布置以形成电活性生物膜。