[发明专利]一种促进气体发酵微生物生长的方法

说明书

本发明涉及一种促进气体发酵微生物生长的方法，其包括如下步骤：S1.将表面活性剂和培养基超声共混，然后向其中加入含氟烷基化合物，并超声，得到全氟化碳纳米乳液；S2.将菌体悬浊液接种到所述全氟化碳纳米乳液中，同时通入混合气体，得到前驱体；S3.将所述前驱体在摇床中培养；其中，所述前驱体中气泡的直径为2.0‑4.2mm，且气泡总体积小于40ml。在此条件下进行培养，微生物对气体的利用率高，可以更加快速的进行生长代谢，可以更加快速的获取菌体及产物。相较于传统培养系统，添加传质材料可以促进气体传质，气体的消耗量小，成本较低。

技术领域

本发明属于微生物培养领域，具体涉及促进气体发酵微生物生长的方法。

背景技术

随着前沿技术对于废物资源化的不断探索，人们对于污水的认知从“待处理的废物”逐渐转变为“资源的载体”。污水中含有的大量有机污染物质，如果假设典型生活污水的化学需氧量(COD)为500mg/l，则其蕴含的潜在能量17.7-28.7kJ/g COD，而对于该基准浓度污水，实际处理能耗需求约为0.45kW·h/m³，相当于3.20kJ/g的COD。这表明污水中所蕴含的有机化学能是对其进行处理所需能耗的近5倍，具有巨大的应用潜力。

利用微生物电化学进行污水处理产氢或者活性污泥厌氧发酵产氢，可以在进行污染物去除的同时从中获取氢能，实现废物的资源化、能源化。基于可再生能源电辅助产氢/生物电催化产氢/生物电刺激产氢，实现回收利用污水中的有机物/能量。与此同时，会产生如二氧化碳、甲烷、氢气等气体。其中甲烷及二氧化碳作为温室气体，过量排放会造成气候变化加剧，全球各地不断出现极端天气，造成巨大经济损失。我国制定了节能减排的目标，需要进行碳减排及对二氧化碳的固定。厌氧发酵产气和微生物电化学产氢有气体纯度不高、存在二氧化碳等气体的问题，因此价值不高，且难以进行下一步利用。其次，某些工业生产过程，如石油精炼、炼钢、合成氨、煤制甲醇等，能够直接或通过燃烧向大气排放大量以二氧化碳和氢气为主的废气；另一方面，难以生物降解的木质纤维素类物质，可以通过热化学的方式先转化为合成气，即氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合物，再进一步处理实现资源的利用。

气体发酵是利用微生物的代谢活动，以气体为底物，满足自身生长需求的同时合成有机物。气体发酵微生物是指利用气体为能源物质进行代谢活动的自养微生物，这类微生物在进行合成发酵的过程中，需要能源物质(电子供体)和碳源，如氢气、一氧化碳、甲烷等，厌氧发酵产气、合成气和微生物电化学产氢则刚好能满足气体发酵微生物的需求，且能达到利用清洁能源来生物降解污水中的污染物，并产生高价值的药物/燃料/蛋白的目标。

传统对于氢气等气体的利用主要是进行燃烧和化工合成等，如氢气用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料，冶金用还原剂，石油炼制中加氢脱硫剂等；甲烷可用于合成氨、尿素和炭黑，还可用于、乙烯、甲醛、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸和1,4-丁二醇等。相对于利用化学方法对这些气体进行处理，生物催化剂具有反应条件温和、反应特异性高、对硫化物耐受度高、无需调控特定气体比例等优点，近年来受到特别的关注。但是环境条件下，合成气在水中的溶解度很有限，如氢气，即使是过饱和状态，溶解度也只有0.79mmol/l左右。因此，气体传质效率偏低一直是合成气发酵过程及其用于生产高价值化学品的瓶颈。

全氟化碳，又称为全氟溶剂或氟溶剂，是碳原子上的氢原子全部被氟原子取代的烷烃、醚和胺。在现有报道中，全氟化碳是一种极好的气体溶剂，能溶解大量的氢气、氧气、氮气和二氧化碳等。文献(Dissolving Gases in FLUTEC Liquids(F2 Chemicals Ltd,2005))报道显示：与直接将气体溶解在水溶液中相比，氢气和二氧化碳在全氟化碳中溶解度提高了一个数量级。并且，全氟化碳具有化学惰性，在溶解气体的过程中并不会直接与气体分子实际结合，显示出优秀的气体载体的作用。然而，纯全氟化碳密度非常高，从1.7到2.0g/cm³不等，当应用于低剪切、温和混合系统时，要么完全沉降到底部，要么只部分分散成大粒径的液滴，导致其对于气体传质效果的增强效率很低。