一种利用化学催化耦合生物捕集实现甲烷资源化利用的反应系统和方法

本发明涉及生化工程，具体涉及一种利用化学催化和生物捕集相结合转化甲烷的方法及装置。

背景技术：

1、甲烷是仅次于二氧化碳的全球第二大温室气体，比二氧化碳在大气中更加活跃，对全球变暖的贡献率约占四分之一。传统的甲烷减排方法在于将甲烷转化为二氧化碳直接排放到大气中，然而排放的二氧化碳仍然会对大气产生温室效应；当甲烷转化不完全时，还会产生一氧化碳，甚至还会影响人类健康。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种将化学催化与生物捕集相结合，通过级联反应实现甲烷的资源化利用。

2、作为本发明的一个方面，提供一种利用化学催化耦合生物捕集实现甲烷资源化利用的反应系统，所述反应系统包括级联的化学催化反应器和光生物反应器，所述化学催化反应器内固定有多孔催化剂，用于将通入所述反应系统的甲烷催化转化为二氧化碳；所述光生物反应器内固定有藻类生物，用于捕集所述二氧化碳。

3、可选地，所述多孔催化剂包括多孔催化剂载体和活性组分，所述多孔催化剂载体为通过3d打印成型方式制备而成的。

4、可选地，所述多孔催化剂载体包括al2o3、tio2、zro2、mgo、sio2单一氧化物载体以及al2o3-nio、zro2-nio混合氧化物载体中的一种或多种组合。

5、可选地，所述3d打印成型方式包括熔融沉积成型法(fdm)、光固化成型法(sla)、选择性激光烧结法(sls)和墨水直写法(diw)中的一种或多种。

6、可选地，所述活性组分为rh、pd、pt、au中的一种或多种。

7、可选地，所述化学催化反应器为固定床反应器。

8、可选地，所述光生物反应器中的藻类生物配置有光照条件，所述光照条件来自于太阳光和/或灯光。

9、可选地，所述藻类生物包括小球藻、螺旋藻、微囊藻中的一种或多种。

10、作为本发明的另一方面，还提供一种化学催化耦合生物捕集实现甲烷资源化利用的方法，包括如下步骤：

11、将至少含有甲烷的气体通入所述化学催化反应器，实现甲烷到二氧化碳的转化；

12、将生成的二氧化碳通入所述光生物反应器中，对二氧化碳进行生物捕集，以实现甲烷资源化利用的目的。

13、可选地，还包括：对所述光生物反应器提供光照条件。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明采用3d打印技术制备多孔催化剂，与传统制造方法不同，3d打印技术作为灵活的制造方式，可以精准设计并打印出多孔结构，可打印出内部呈蜂窝状的多孔催化剂，解决了传统整体型催化剂无法在径向上进行传质的弊端。

16、2、多孔结构增加了催化剂与甲烷混合气体的接触面积与接触时间，从而提升了甲烷转化率和催化速率。

17、3、将化学催化与生物捕集相结合，通过级联反应达到甲烷资源化利用的效果，适用于低浓度甲烷的减排领域。

技术特征：

1.一种利用化学催化耦合生物捕集实现甲烷资源化利用的反应系统，其特征在于，所述反应系统包括级联的化学催化反应器和光生物反应器，所述化学催化反应器内固定有多孔催化剂，用于将通入所述反应系统的甲烷催化转化为二氧化碳；所述光生物反应器内固定有藻类生物，用于捕集所述二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述多孔催化剂包括多孔催化剂载体和活性组分，所述多孔催化剂载体为通过3d打印成型方式制备而成的。

3.根据权利要求2所述的反应系统，其特征在于，所述多孔催化剂载体包括al2o3、tio2、zro2、mgo、sio2单一氧化物载体以及al2o3-nio、zro2-nio混合氧化物载体中的一种或多种组合。

4.根据权利要求2所述的反应系统，其特征在于，所述3d打印成型方式包括熔融沉积成型法(fdm)、光固化成型法(sla)、选择性激光烧结法(sls)和墨水直写法(diw)中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的反应系统，其特征在于，所述活性组分为rh、pd、pt、au中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述化学催化反应器为固定床反应器。

7.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述光生物反应器中的藻类生物配置有光照条件，所述光照条件来自于太阳光和/或灯光。

8.根据权利要求1或7所述的反应系统，其特征在于，所述藻类生物包括小球藻、螺旋藻、微囊藻中的一种或多种。

9.一种利用如权利要求1-9任一项所述的反应系统进行化学催化耦合生物捕集实现甲烷资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：对所述光生物反应器提供光照条件。

技术总结
本发明公开了一种利用化学催化耦合生物捕集实现温室气体甲烷资源化利用的反应系统和方法，所述反应系统包括级联的化学催化反应器和光生物反应器，所述化学催化反应器内固定有多孔催化剂，用于将通入所述反应系统的甲烷催化转化为二氧化碳；所述光生物反应器内固定有藻类生物，用于捕集所述二氧化碳，从而最终达到甲烷资源化利用的目的。

技术研发人员：余子夷,王羽澄,雷以柱,张静,张少斌
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15