[實用新型]電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520118089.1
• 申請日: 2015-02-27
• 公開（公告）號: CN204625647U
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 蔣海明;李俠;張金山;司萬童;潘建剛
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古科技大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領域

本實用新型涉及一種甲烷氧化生成甲醇或甲酸的裝置，具體涉及電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置。

背景技術(shù)

甲醇廣泛應用于化學工業(yè)的各個領域，是重要的有機化工基礎原料。甲醇可由甲烷、煤炭和重油等通過多步化學反應合成。迄今尚沒有一種化學催化劑可一步直接氧化甲烷生成甲醇，已有的合成方法不僅需要多步反應，而且反應要在900oC高溫下進行，反應的選擇性和轉(zhuǎn)化率都很低。如使用汞催化體系在180oC下甲烷的轉(zhuǎn)化率約為43%，且汞催化體系對環(huán)境造成嚴重污染（Periana?R.?A.,?Taube?D.J.,?Evitt?E.R.,?Loftier?D.G.,?Wentrcek?P.R.,?Voss?G.,?Masuda?T.?Science,?1993,?259(5093):?340.）。生物催化具有反應條件溫和、選擇性高等特點，因而近年來許多研究者致力于生物催化甲烷制甲醇過程的研究。甲烷氧化細菌可在常溫、常壓下將甲烷一步氧化為甲醇，但是整細胞中包含的甲醇脫氫酶、甲醛脫氫酶和甲酸脫氫酶會將甲烷氧化得到的甲醇繼續(xù)氧化生成CO₂，此過程中釋放的電子用于細胞中三磷酸腺苷(ATP)的合成。若想積累甲醇或甲酸，必須抑制它的繼續(xù)氧化，因此生物催化合成甲醇或甲酸的研究沒有取得令人滿意的結(jié)果。CO₂是甲烷深度氧化的最終產(chǎn)物。崔俊儒等（崔俊儒，辛嘉英，牛建中，夏春谷，李樹本.?二氧化碳存在下甲烷氧化細菌催化甲烷生物合成甲醇.?催化化學，2004，25(6):471-474.）通過在反應物中加入適量的CO₂部分抑制脫氫酶系的活性，造成甲醇在細胞外積累；同時，部分甲醇仍可以繼續(xù)氧化產(chǎn)生還原當量的NADH以維持甲烷氧化菌的活性和穩(wěn)定性，其甲烷轉(zhuǎn)化率大約為20%。因此，如何抑制甲烷氧化生成的甲醇或甲酸進一步氧化生成CO₂和維持甲烷氧化菌的活性與穩(wěn)定性是生物催化氧化甲烷生成甲醇或甲酸前提條件。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)化學反應合成甲醇或甲酸轉(zhuǎn)化效率低及防止生物催化氧化甲烷生成的甲醇進一步深度氧化為CO₂，本實用新型提供了一種通過控制微生物電解池陰極電位來控制電活性甲烷氧化菌脫氫酶活性和甲烷的氧化程度的裝置，在獲得化工產(chǎn)品甲醇或甲酸的同時實現(xiàn)維持電活性甲烷氧化菌的活性與穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

本實用新型提供了一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置，其特征在于，所述裝置包括單室微生物電解池，在單室微生物電解池內(nèi)分別放置陽極電極和陰極電極，陽極電極和陰極電極通過導線分別與穩(wěn)壓電源的高電位端和低電位端連接，陽極電極表面附著有電活性甲烷氧化菌，陰極電極為鍍鉑鈦網(wǎng)電極；微生物電解池陽極電極表面附著的電活性甲烷氧化菌代謝甲烷產(chǎn)生甲醇或甲酸的同時產(chǎn)生H⁺和電子，同時在電輔助及陰極催化劑作用下，產(chǎn)生的H⁺及電子在陰極電極表面結(jié)合產(chǎn)生H₂；所述裝置通過控制微生物電解池陰極電位來控制電活性甲烷氧化菌脫氫酶活性和甲烷的氧化程度，進而在獲得化工產(chǎn)品甲醇或甲酸的同時實現(xiàn)維持電活性甲烷氧化菌的活性與穩(wěn)定性。

所述的單室微生物電解池殼體采用有機玻璃、PVC、玻璃或混凝土等材質(zhì)制成。

所述的一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置，其特征在于：所述的陽極電極為碳布、顆粒石墨、網(wǎng)狀玻璃碳、顆粒活性炭或碳纖維刷，且在陽極電極表面附著電活性甲烷氧化菌。

所述的一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置，其特征在于：所述的陰極電極為碳布、顆粒石墨、網(wǎng)狀玻璃碳、顆粒活性炭或碳纖維刷，且陰極電極的表面用Pt修飾。

所述的一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置，其特征在于：設定陰極電極電位為-0.2V~-2.0V（vs.?NHE）。