[发明专利]一种基于流动电化学的微生物培养与固碳方法

说明书

本发明涉及一种基于流动电化学的微生物培养与固碳方法，包括以下步骤：(1)将铁硫杆菌加入到9K培养基中，调节pH值，在恒温水浴中，磁搅拌，得到铁硫杆菌菌液；(2)将铁硫杆菌菌液循环加入到液流电池中，并在液流电池中加载电流，使铁硫杆菌在流动电化学微生物培养系统中不断繁殖。本发明铁硫杆菌在繁殖过程中不会产生沉淀，在流动电化学微生物培养系统通过加载电流使菌种不断繁殖，并可不断收集，并通过铁硫杆菌不断繁殖过程，实现大气中CO₂不断固定。

技术领域

本发明属于微生物培养和二氧化碳固定技术领域，具体涉及一种基于流动电化学的微生物培养与固碳方法。

背景技术

由于自然界化石燃料的迅速耗尽以及随之的全球变暖问题，科学界提出了一些应对策略。例如，在自然界中，植物和藻类通过光合作用在固定二氧化碳方面起着重要作用。此外，科学界已经设计出一些高效光合作用的微生物，它们可利用大气中CO₂作为碳源并将光能转换为生物化学能。然而，光合作用对地形，气候要求较高，总体光合作用效率不如人意。在过去的几十年中，科学界致力于探索太阳能，风能，潮汐能等可再生能源。但是，这些策略仍然存在效率低下，时空受限的问题。用可再生能源驱动的二氧化碳电还原是一种理想的且可持续的平台，该平台可以固定空气中CO₂并将其转化成多功能化学品，以促进可再生能源的利用。然而，这些电还原过程始终需要进行二氧化碳的富集，此过程需要复杂的配套设施并产生更多的能耗。因此，迫切需要开发一种可以直接固定大气中的CO₂的电化学系统。

酸性氧化铁硫杆菌(A.ferrooxidans)是一种吸收大气中的CO₂作为唯一碳源的微生物，一般在酸性条件下利用Fe²⁺(或硫)的氧化产生的能量在恒温摇床(30℃，pH＝2.0)中进行培育繁殖。利用可再生电能通过电化学还原使Fe²⁺可以为铁硫杆菌的繁殖实现持续供能，并在此过程中将CO₂转化为有机碳是一种可以直接固定大气中CO₂的微生物耦合电化学系统。但是，在电化学还原中利用摇床培育微生物，这无疑会大大增加设备难度及操作的复杂性。此外，酸性氧化铁硫杆菌在繁殖过程中会生成沉淀(KFe₃(SO₄)₂(OH)₆)，这会导致培养液中Fe³⁺浓度的下降，这进一步阻碍了其实际应用。

在电化学过程中，Fe³⁺可以在阴极被还原成Fe²⁺，因此酸性氧化铁硫杆菌可以通过电化学产生的Fe²⁺不断繁殖并随之将其氧化成Fe³⁺供电化学还原使用，产生一个循环。酸性氧化铁硫杆菌可通过负载在电极或其它基底上作为微生物燃料电池中的阴极微生物。然而，固定在载体上必然会限制微生物数目并导致功率密度较低。因此有必要开发一种简单易操作，无沉淀产生、无需将微生物固载、直接固定大气中的CO₂的流动电化学微生物培养系统。