[发明专利]电化学促进微拟球藻固定烟气中高浓度CO2

说明书

本发明涉及生物质能利用技术，旨在提供一种电化学促进微拟球藻固定烟气中高浓度CO₂的方法。包括：将导电碳纤维毡在高温下蚀刻去除杂质，浸泡在2‑甲基咪唑和硝酸钴混合水溶液中，生长Co‑MOF；然后在电化学体系中循环、老化，制得NiCoS‑LDH涂层；将微拟球藻的原始藻液接种至培养基中，浸入碳毡作为微藻电化学系统的阴阳两极；持续通入含有CO₂的烟气进行藻液培养，利用培养前后的OD750差值得到积累的生物质干重从而计算出微拟球藻固定CO₂速率。本发明通过电化学处理方法，能够有效提高微拟球藻在电厂烟气高浓度CO₂下的生长固碳速率。

技术领域

本发明是关于生物质能利用技术，特别涉及一种电化学促进微拟球藻固定烟气高浓度CO₂的方法。

背景技术

温室效应的严重影响使人们日益关注CO₂减排问题，目前大气中CO₂浓度已逐渐增加到400ppm。微藻的生长繁殖迅速，光合作用过程需要消耗大量CO₂，故利用微藻固定燃煤电厂烟气中的CO₂成为近年来的研究热点。利用废水废气养殖微藻的经济成本较低，而能够在高效固定烟气CO₂取得环境效益的同时，收获具有较高经济价值的微藻生物质，对于发展新能源和低碳经济具有重要意义。

近年来电处理技术越来越多地应用于微生物技术领域。多种电处理方法包括电解和电刺激已成功应用于细菌生物技术系统，以提高附加值高产品的生物质产量。然而微藻电处理技术的研究和应用有限，主要集中在收集微藻代谢物和产品或电穿孔。La等人在空气条件下对Acutodesmus dimorphus施加10kV周期性PEF脉冲(2/60s开/关循环15分钟，每天6次，持续5天)，结果显示脂质产量增加了28.8％，但该藻生长速率没有显著增加。Kim等人在25V(100mA)下对雨生红球藻进行1分钟电处理，然后在空气中孵育7天，结果显示其生物质干重和虾青素含量仅增加了7％和10％，促进作用不够显著。Choi等人应用4V(31mA)阴极电流处理小球藻4h，导致TAG，多不饱和亚油酸(C18:2n6)和亚麻酸(C18:3n3)分别增加110％,36％和57％，但碳水化合物含量略有下降。

上述研究成果虽然讨论了电处理后微藻的性能变化，但都未显著促进微藻生物质干重的积累，更缺乏关于电化学对微藻固定烟气高浓度二氧化碳的应用研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种电化学促进微拟球藻固定烟气高浓度CO₂的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种电化学促进微拟球藻固定烟气中高浓度CO₂的方法，具体包括下述步骤：

(1)在静态空气中，将导电碳纤维毡升温至450℃后，保温蚀刻2小时以去除杂质；取等体积的0.4M浓度的2-甲基咪唑水溶液和5mM浓度的Co(NO)₃·6H₂O水溶液，在不搅拌的情况下混合均匀；将蚀刻后的碳毡垂直浸泡在30℃的混合溶液中5小时，得到生长了Co-MOF的紫色碳毡；取出后用超纯水和甲醇洗涤，在60℃下干燥过夜；

(2)以NiCl₃和硫脲配置电解液，其中NiCl₃浓度为0.5M，硫脲浓度为0.25mM；将紫色碳毡浸入电沉积溶液中，电化学体系中的参比电极为Ag/AgCl；在-1.2V至0.2V的电位范围内以5mV/s的速率进行6个循环后，在电解液中老化12小时，制得具有NiCoS-LDH涂层的绿色碳毡；取出后用超纯水和甲醇洗涤，在真空烘箱中干燥；

(3)将微拟球藻的原始藻液接种至培养基中，接种条件OD750为0.2～0.4，所用培养基是由ESAW培养基和优化的f/2培养基组成的海水培养基；