[发明专利]一种MES生物阴极催化还原CO2合成有机物的方法

说明书

本发明提供一种MES生物阴极催化还原CO₂合成有机物的方法。在微生物电合成系统中制备生物阴极，在阴极室中通入CO₂循环曝气，设定极化电势范围为‑0.6V—‑1.0V(vs.Ag/AgCl)。阴极上的驯化培养的微生物Acetobacterium、Candida sp.S、Geobacter可以直接从电极或电极产生的氢气获得电子进行CO₂的还原，并合成有机物。本发明还原CO₂合成有机物的速率较快，对于CO₂固定转化并合成有机化学品具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于CO₂的资源化利用技术领域，具有利用微生物电合成系统(MES)催化还原CO₂合成有机物的方法。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，能源与环境问题日益严峻，资源问题已经成为人类迫切需要解决的问题。其中由于CO₂在大气中的不断累积导致温室效应加剧，使得CO₂资源化转化研究变得非常有意义。

利用微生物电合成系统还原CO₂是近几年兴起的一种电化学合成技术，该技术在环境与能源领域正受到越来越多的关注。它可以利用产电微生物和电化学氧化还原反应的联合作用减少将CO₂转化为增值化学品所需的热力学能量，这是该技术的基础。微生物电合成系统主要以电能作为能量输入驱动微生物固碳，将可以被转化利用的污染物转变为稳定储存的化学能，实现废弃物向可利用的化学物质转换，同时减少环境污染。与非生物或者酶作反应催化剂相比，微生物具有催化剂高效，重复利用的特点。该技术被认为可逐渐实现环境可持续发展。

发明内容

本发明的目的是发明一种微生物电合成系统催化CO₂合成有机物的方法。其特征是厌氧污泥在通过微生物电合成系统的生物阴极富集其菌种，通过微生物电化学途径将CO₂合成为有机物。有机物主要包括甲酸，乙酸。本发明克服了现有技术操作条件复杂，能耗高，需要贵金属催化剂，成本高的不足。

本发明的技术原理：一种利用MES生物阴极催化CO₂合成有机物的方法。MES作为微生物电解池系统中的一部分，主要用于化学物质的合成，其工作原理是产电微生物在整个系统中起到催化剂的作用，在通电的情况下，电极两端分别发生氧化反应(阳极)和还原反应(阴极)，在这个过程中阳极被氧化，阴极被还原同时合成可利用的化学能源物质。

本发明的技术方案：

本发明所述一种利用生物阴极催化CO₂合成有机物的方法是构建三电极双室微生物电化学反应器。阴阳两极室之间通过阳离子交换膜隔开。阳离子交换膜在使用前置于0.5mol/L的NaCl溶液中至少浸泡24h，然后用去离子水清洗干净，使得阳离子交换膜充分水化和膨胀，更有利于阳离子通过。用钛丝作导线，碳毡作为工作电极置于厌氧阴极室中，钛板作为对电极置于好氧阳极室中，参比电极采用Ag/AgCl(vs.SHE)并置于阴极室中。

进一步地，从污水处理厂厌氧池取活性污泥。

进一步地，阳极电解液为磷酸缓冲溶液(0.1mol/L)，阴极电解液为微生物液体培养液。

进一步地，阴极室的气体导入口连接蠕动泵通入CO₂曝气。

本发明的有益效果是：利用微生物电合成系统驯化出的混菌体系催化还原CO₂合成高附加值的有机物。在合成有机物的同时，CO₂资源化问题也得到解决。

附图说明

图1为本发明微生物电合成系统装置示意图。

具体实施方式