[发明专利]一种利用石墨烯-泡沫铜复合阴极提高生物还原CO

说明书

本发明属于生物电化学领域，具体涉及一种利用石墨烯‑泡沫铜复合阴极提高生物还原CO₂电合成乙酸的方法。所述方法包括：1)微生物培养；2)构建双室H型电解池，其中阴极采用石墨烯‑泡沫铜复合阴极，将微生物菌接种至双室H型电解池的阴极室中进行培养，阴极电势为‑990mV vs SHE，阳极室持续通入N₂‑CO₂(80:20)气体，阴极室最初持续通入N₂‑CO₂‑H₂(83:10:7)气体，运行5～6天后，再持续通入N₂‑CO₂(80:20)气体，继续运行10天；收集菌液，测定乙酸含量。本发明提供了一种以石墨烯‑泡沫铜复合材料为阴极的MES合成乙酸的方法，该方法具有较高产乙酸速率。

技术领域

本发明属于生物电化学领域，具体涉及一种利用石墨烯-泡沫铜复合阴极提高生物还原 CO₂电合成乙酸的方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，温室气体CO₂的排放问题受到世界各国的重视。另一方面， CO₂作为当今世界最丰富的碳资源，将其利用转化成高附加值产品具有重要的经济意义。而微生物电合成系统(MES,microbial electrosynthesis system)能将CO₂合成多种高附加值产品，例如甲烷、乙醇、甲酸和乙酸等从而受到广泛关注。利用微生物产生代谢产物以其原料易得、环境友好、可再生而表现出非常好的应用前景，因此如何提高MES的效率也引起了众多研究者与企业家的广泛关注。

微生物电合成的研究目前主要集中在电生物催化剂即微生物种类的选择、电子从电极到细胞的传递机制以及阴极材料的选择和改造等方面。而电子从电极到细胞的传递机制涉及到基因工程，通过引入或改变特定基因组，这种方法需要专业人员进行设计与无数次的重复实验，过程复杂，成功几率低。因此，微生物电合成效率可以从选择优异的微生物种类和选择、改造阴极材料这两个方面来提高。目前，产乙酸菌主要有Sporomusa ovata，Clostridium ljungdahlii，Clostridium aceticum，Moorella thermoacetica等，其中，Sporomusa ovata DSM 2662 及其衍生菌株已经广泛用于MES系统，且是公认的MES系统中最有效产乙酸细菌之一，因此这里选用Sporomusa ovata DSM 2662作为MES的微生物催化剂。

发明内容

本发明针对现有技术不足，目的在于提供一种利用石墨烯-泡沫铜复合阴极提高生物还原CO₂电合成乙酸的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用石墨烯-泡沫铜复合阴极提高生物还原CO₂电合成乙酸的方法，具体步骤如下：

(1)微生物培养：将产乙酸菌Sporomusa ovata DSM 2662接种在N₂-CO₂(80:20)气氛、含40mmol/L甜菜碱的311培养基中活化；待菌体生至到OD＝0.8时，传代接种到N₂-H₂(20:80) 气氛、311培养基中扩大培养生长；

(2)构建双室H型电解池：双室H型电解池包含阳极、阳极室、阴极和阴极室，阳极室和阴极室通过质子交换膜分隔，阴极采用石墨烯-泡沫铜复合阴极，在阴极一侧插入参比电极Ag/AgCl，阳极室和阴极室中均加入311培养基；