[发明专利]黑色素在水中的应用

说明书

背景技术

本发明的实施方式涉及黑色素在水中的应用。一种这样的用途包括用于减少和调节水酸化的方法。特别地，本发明的一个实施方式涉及减少水，特别是海水酸化的方法，通过使水与至少一种黑色素材料接触以催化水，二氧化碳(CO₂)和/或碳酸氢盐之间的反应，以产生葡萄糖，蔗糖或其它有机化合物，如此增加水的pH并减少水的酸化。在另一方面，本发明允许简单地通过保持黑色素材料与水接触或从中除去来将水的pH保持在基于周围条件期望的水平。在另一方面，本发明的实施方式涉及由CO₂或葡萄糖，蔗糖或其它有机化合物产生的氨基酸和复合有机分子的合成。

主要由人类矿物燃料燃烧产生的大气CO₂的上升已经引起海水pH的显著降低，通常被称为海洋或海水酸化。更具体地，发生海洋酸化是因为海水吸收并溶解大气CO₂气体，并引起最终降低海水中的pH的一系列化学反应。具体来说，一旦大气中的二氧化碳溶解在水中，海洋碳酸盐化学反应被以下一系列化学反应左右：

空气-海洋气体交换使地表水CO₂与大气CO₂水平达到平衡。水性CO₂气体与水反应以形成碳酸(H₂CO₃))，然后其可通过失去氢离子而解离形成碳酸氢盐(HCO₃^-)和碳酸根离子(CO₃^2-)。结果，随着大气CO₂的增加，水性CO₂，碳酸氢盐和氢离子浓度趋于增加，而pH和碳酸盐离子浓度趋于降低。海洋吸收二氧化碳可能负责减轻几乎三分之一的释放到大气中的人为二氧化碳(即人类活动产生的二氧化碳)。换句话说，大气CO₂的上升水平通过CO₂的海洋吸收而减轻，这是现场数据中充分记载的现象。为了了解海洋的化学变化以及海洋酸化过程对海洋生态系统的影响，研究人员已经研究二氧化碳排放如何影响海洋生态系统三十多年，并继续监测世界海洋的海洋酸化。

已经发现海洋酸化改变了许多元素和化合物的生物地理化学循环和海水化学形态。光合藻类和海草可能实际上受益于海洋中更高的二氧化碳条件。然而，多项研究揭示了建立海洋酸化对海洋野生动物威胁的担忧。酸性环境已被证明对一些钙化物种有负面影响，包括牡蛎，蛤蚌，海胆，浅水珊瑚，深海珊瑚和钙质浮游生物。一个众所周知的效应是降低碳酸钙饱和状态，这影响各种成壳海洋生物，范围从浮游生物到底栖软体动物，棘皮动物和珊瑚。许多钙化物种在实验室实验中在高CO₂条件下表现出降低的钙化和生长速率。

自工业革命开始以来，由于海洋酸化，海水表面的pH下降了0.1pH单位，表示海水酸度增加约30％。未来的预测表明，除非采取措施遏制大气中的二氧化碳排放，否则海洋将继续加速吸收二氧化碳并变得更加酸性。

到目前为止，所提出的主要海洋酸化管理和减缓行动集中在减少人为二氧化碳排放以稳定空气和海洋二氧化碳浓度，并且使用常规海洋管理做法，例如减少污染和过度捕捞以最大程度提高海洋野生动物对升高的二氧化碳浓度的适应性和恢复力。然而，目前不能实现将大气CO₂稳定在有害水平以下。此外，传统的被动管理做法未能有效抵御二氧化碳浓度上升的影响。也提出了一些备选的物理，生物，化学和混合保护方法，但尚未严肃地评估这些方法的潜在有效性，成本，安全性和应用规模。

此外，已经提出了各种方案，其中可以通过向海水中添加碱性碳酸盐或硅酸盐矿物质和衍生物来中和海水CO₂酸度。然而，虽然这种化学方法通常用于盐水水族馆以保持珊瑚和贝类健康，但是这种方法在解决局地到全球海洋酸化的潜在安全性和成本效益尚未得到充分研究。

因此，期望提供一种用于减少和调节海水的pH以抑制海洋酸化及其证明的负面影响的方法和系统。

还希望从葡萄糖或CO₂产生有机化合物，例如氨基酸和脂质。如本领域普通技术人员所熟知的，为本身的营养，生物需要多种有机化合物，包括氨基酸，脂质和其它可以从植物和肉获得的有机化合物。通常，为了获得这样的可食用分子，需要播种和收获植物或从农场动物获得这些可食用有机化合物，这需要大量收割，大型动物农场，大量使用杀虫剂来保护作物，肥料，除草剂等以及大量的水。