In this project, to conquer the problems of high transfer resistance of CO2、dehydration consumption and low lipid content in the microalgae cultivation and conversion process, By using a permeable porous material as microalgae bioflim supporting substrate to separate CO2 gas and liquid nutrients, we propose a synchronous photoautotrophic and heterotrophic semi-dry cultivation mode. Through which we can obtain high lipid-based microalgae biomass that can direct used to make biofuel. To solve the key scientific problems existing in liquid falling film transmission, nutrients transfer, and microalgal growth within the complicated double porous media composed of capillary substrates surfaces and microalgal biofilm, firstly, gas-liquid two-phase flow and distribution within the dual porous network structure with falling film will be visually and theoretical studied. Then, the synchronous photoautotrophic and heterotrophic growth characteristics and gas-liquid flowing, multicomponent transfer within microalgal biofilm on surfaces of permeable porous substrate will be experimented. Two phase mixture theoretical method will be used to modelling the flowing in double porosity media. And then obtain gas-liquid two phase flowing and distribution, multicomponent transport, and synchronous photoautotrophic and heterotrophic microalgae biofilm growth characteristics within double porosity media and. Based on the modeling, theoretic prediction method to the problem of complicated two phase flow and transfer will be obtained. Thereby, it can accelerate the development of the high-efficiency microalgal bioenergy conversion technologies.
本项目为解决微藻培养和转化过程中二氧化碳传递阻力大、微藻油脂含量低、收获脱水能耗高等问题,提出利用可渗透多孔层作为微藻生物膜载体,实现二氧化碳气体与液相营养物分离布置的微藻半干式同步光合自养/异养培养新方法,获得无需脱水即能直接能源转化利用的低水、高油脂含量的生物质。针对可渗透多孔层-微藻生物膜组成的双重结构多孔介质内气液逆向流动及多组分物质迁移和生化转化的关键热物理科学问题,开展具有单侧液体降膜的双重结构网络通道内的流动可视化实验研究,建立双重结构多孔介质内的两相混合模型,获得其内部液相分布规律;实验研究同步光合自养/异养微藻生物膜气-液分离式反应器内两相传递及生化转化机理及规律,建立描述可渗透多孔层-微藻生物膜内气液流动、组分迁移和微藻生长的理论模型,揭示运行参数对微藻生长特性的影响规律,获得同步光合自养/异养微藻生物膜气-液分离式反应器性能的理论预测方法,促进微藻能源技术的发展。
本项目针对微藻减排过程中CO2传质阻力大、收获脱水能耗高的问题,构建了CO2气-液分离式微藻生物膜反应器系统,完成了可渗透多孔层-微藻生物膜生长特性研究,获得了吸附渗透膜材料对微藻生物膜生长特性的影响规律,从光传递和生物膜微观结构明晰了光合自养-异养微藻生物膜强化生长代谢的机理,探索了多孔结构内气液传输与微藻生长之间的耦合作用关系;建立综合考虑光强大小和底物浓度(CO2、葡萄糖和硝酸盐)的多因子生长动力学模型,获得生物膜光合自养-异养生长速率,结合微电极技术获得的生物膜内pH、溶解氧分布特性,建立了生物膜生长调控方法。基于本项目的研究成果已在国内外权威学术刊物和国际学术会议发表相关的高水平论文13篇,其中国际SCI源刊论文11篇,EI源刊论文2篇,SCI论文总被引用63次,授权国家发明专利2项,公开国家发明专利2项。参与撰写专著1部,参加国内外学术会议5次。培养硕士研究生2名,协助博士研究生1名。
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数据更新时间:2023-05-31
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