[发明专利]一种微生物产电催化还原CO2

说明书

本发明涉及环境保护技术领域，具体来说是一种微生物产电催化还原COsubgt;2/subgt;制备甲酸的方法及微生物燃料电池及应用，本发明以异化铁还原菌为阳极电子供体，以含有高纯COsubgt;2/subgt;气体的溶液为阴极基质，于阳极基质内置入碳毡阳极电极，于阴极基质置入碳毡阴极电极，并通过导线将两个电极相连，于30‑50℃下，阳极产生的电子通过导线供给碳毡阴极电极，于碳毡阴极电极表面进行电催化还原COsubgt;2/subgt;加氢合成甲酸的反应。提供了一种通过微生物自身产电催化还原COsubgt;2/subgt;制备甲酸的方法，并设计相应装置‑微生物燃料电池，将其应用在COsubgt;2/subgt;治理领域，该方法通过微生物自身产电的方式，不额外消耗电能即可实现COsubgt;2/subgt;的催化还原。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体来说是一种微生物产电催化还原CO₂制备甲酸的方法及生物燃料电池及应用。

背景技术

近一个世纪以来，由于工业化的迅猛发展，CO₂作为主要的温室气体，其含量在持续增长；1997年高达7.4亿吨的CO₂气体排放到了大气中，预计到2100年，这一数字将上升至26亿吨；因此控制CO₂的排放量、降低CO₂给自然环境带来的污染是我们面临的一项重要挑战，也是一个亟待解决的问题。

目前，许多研究工作者致力于将CO₂转化为可利用的资源，如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等，CO₂转化的研究方法很多，主要集中于新型催化剂的设计、制备，光催化还原以及电化学还原等方法和技术；2014年王心晨课题组合成了石墨烯型的g-C₃N₄催化剂，并在光催化体系中研究了其对CO₂的转化性能；Stolarczyk小组研究报道了TiO₂等半导体材料光催化还原CO₂的性能；Isitani合成了三种无机配合物作为光催化剂，用于CO₂的转化研究；这些大大拓宽了光催化剂的研究和使用范围，光催化转化CO₂取得了一定的效果，但仍然存在催化剂制备过程复杂，光利用率低等缺陷。

电化学还原的方法在很大程度上弥补了上述缺陷，电化学催化还原CO₂的研究中所用催化剂多集中在金属催化剂方面，Meyer报道了用纳米金属锡作为催化剂，电催化还原CO₂生成甲酸的研究工作；Chen等研究报道了在Sn电极上包裹一层SnOx后，可以明显增强CO₂的还原；2016年谢毅教授课题组设计了一种杂化模型体系，用来研究金属表面氧化物对其自身金属电催化性能的影响。但是，传统电化学还原存在能耗高、催化剂昂贵且制备工艺复杂等多方面的缺陷，在世界能源日趋紧张的今天，我们急需寻求一种低耗甚至零耗且高效的CO₂治理新技术。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供了一种微生物产电催化还原CO₂制备甲酸的方法及生物燃料电池及应用，提供了一种通过微生物自身产电催化还原CO₂制备甲酸的方法，并设计相应装置-微生物燃料电池，将其应用在CO₂治理领域，该方法通过微生物自身产电的方式，不额外消耗电能即可实现CO₂的催化还原，同时通过对阴极进行化学修饰，可以显著提高CO₂转化效率，设计的装置简单，价格低廉，原料来源广泛。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：