[发明专利]一种微生物还原二氧化碳产甲烷的方法

说明书

本发明涉及一种微生物还原二氧化碳产甲烷的方法，包括以下步骤：1)构建包含阴极池和阳极池的微生物电解池，阴极池中包含工作电极、参比电极；阳极池包括对电极；阴极池和阳极池之间用质子交换膜隔开；2)阴极池和阳极池中加入产甲烷菌培养基；3)阴极池中接种1.5～5.0％产甲烷菌菌液；在室温条件下培养；4)阴极池加载‑0.6v(vs SHE)电压；5)由阴极池顶空收获甲烷。与现有技术相比，本发明无需化学催化剂、清洁高效、低成本的将CO₂生物还原为甲烷方法，并且无其他副产物，有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及CO₂资源化利用领域，尤其涉及一种促进微生物利用电能将CO₂转化为甲烷的方法。

背景技术

自工业革命以来，人类的生产活动显著的增加了大气中CO₂的含量。CO₂作为主要的温室效应气体之一，其在大气中含量的增长可能导致全球变暖和气候极端事件增加。如何减少大气中CO₂的含量，甚至将其转化为高附加值的化学品成为一个全球研究的热点。常见的转化方法包含化学转化和生物转化。化学法往往需要高温高压和催化剂，与之相比，生物转化可以在室温常压条件下发生，反应条件温和，有着广阔的应用前景。

利用微生物将CO₂转化为甲烷已有广泛的研究和报道。专利号为CN 102925492A的专利在阴极室中接种污泥富集得到的微生物，利用电流还原CO₂产甲烷的同时还可以产乙酸。但是其开始产甲烷(-850mV到-950mV，vs Ag/AgCl)的电势偏高，能量消耗较大；在产甲烷的过程中同时生成副产物乙酸，降低了产甲烷的效率，增加了产物分离难度。

对此，我们提供了一种新的生物阴极，能在较低电势下，将CO₂高效低成本地转化为CH₄。利用硝酸-醋酸混合纤维薄膜的高比表面积和多孔性，以及碳纳米管的优良导电性制成工作电极。将其放置在阴极池中，产甲烷八叠球菌能够附着在工作电极上，当在阴极施加电势时，产甲烷菌能够将高效较快地将CO₂转化为甲烷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种微生物还原二氧化碳产甲烷的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种微生物还原二氧化碳产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建包含阴极池和阳极池的微生物电解池，阴极池中包含电解液，工作电极(阴极)，参比电极和产甲烷菌；阳极池包括电解液和铂对电极；阴极池和阳极池之间用N117质子交换膜隔开；

2)阴极池和阳极池中加入产甲烷菌培养基；

3)阴极池中接种3ml产甲烷菌菌液，培养；

4)阴极池加载-0.6v(vs SHE)电压；

5)由阴极池顶空收获甲烷。

步骤(1)所述的工作电极由黏附多壁碳纳米管的硝酸—醋酸混合纤维薄膜制成。所述的硝酸—醋酸混合纤维薄膜上黏附着多壁碳纳米管量为0.1～10mg/cm²，多壁碳纳米管长度为0.5～50μm；硝酸—醋酸混合纤维薄膜孔径0.2～2μm。

工作电极的制备方法包括以下步骤：首先，将长度为0.5～50μm多壁碳纳米管用5％双氧水浸泡震荡1h，干燥后溶解在0.5～20％的nafion乙醇溶液中，超声处理1～60min使多壁碳纳米管均匀分散，制成多壁碳纳米管nafion乙醇溶液，然后将其均匀涂在孔径为0.2～2μm硝酸醋酸混合纤维薄膜上，在20～65℃的环境中烘干。使硝酸-醋酸混合纤维薄膜的多壁碳纳米管负载量为0.1～10mg/cm²。将载有多壁碳纳米管的硝酸-醋酸混合纤维薄膜放置在阴极池中，并且与铂丝链接形成工作电极。