[發(fā)明專利]一種微生物電合成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710461719.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN107354478A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆楊;楊厚云;劉靜;覃院
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B3/04
• 分類號(hào): C25B3/04;C25B9/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 張國梁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化碳資源化利用的技術(shù)領(lǐng)域，主要是涉及利用微生物電合成系統(tǒng)還原二氧化碳產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸(乙酸，丙酸，丁酸)的方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，過度消耗化石燃料導(dǎo)致二氧化碳的過量排放，進(jìn)而引起日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。二氧化碳控制及減排已成為世界各地亟需解決的重要任務(wù)之一，我國同樣也面臨著巨大的減排壓力。因此大力發(fā)展二氧化碳固定與循環(huán)利用方面的技術(shù)具有重要的意義。其中作為一種很具有前景的減排方式，二氧化碳資源化技術(shù)除了能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成高附加值的有機(jī)化學(xué)品，做到真正意義上變“廢”為“寶”的同時(shí)，也能帶來極其可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前，實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化的方法眾多，主要包括以下這幾種：生物轉(zhuǎn)化、電化學(xué)還原、光催化還原及催化還原等。但是這些方法還是有著各自的不足，比如條件苛刻、催化劑價(jià)格昂貴、高耗能等。

微生物電合成系統(tǒng)(MES)，隸屬于微生物電化學(xué)系統(tǒng)中典型的微生物電解池，是一種微生物利用外接電壓提供到陰極的電能將二氧化碳還原成有機(jī)物的過程以及驅(qū)動(dòng)有機(jī)化合物的還原/氧化等的電化學(xué)還原技術(shù)。近年來，MES越來越受到世界的關(guān)注，主要是其在環(huán)境、能源和資源上具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明描述了一種典型的微生物電合成系統(tǒng)完成二氧化碳資源化。其特征就是在利用常見的電極材料(碳材料)實(shí)現(xiàn)二氧化碳還原成揮發(fā)性脂肪酸，主要包括乙酸，丙酸和丁酸。節(jié)約成本的同時(shí)，利用馴化富集的混菌體系產(chǎn)生有高附加值的物質(zhì)，從而在環(huán)境、能源和資源三個(gè)方面達(dá)到良好的效果。

在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種利用微生物電合成系統(tǒng)還原二氧化碳的方法，其中陰極使用混合厭氧微生物，所述混合厭氧微生物包括Proteobacteria，F(xiàn)irmicutes和Bacteroidetes。在一些實(shí)施方案中，所述混合厭氧微生物還可以進(jìn)一步包括選自下述的一種或多種：Synergistetes，Euryarchaeota和Chloroflexi。在一些實(shí)施方案中，所述混合厭氧微生物還可以再進(jìn)一步包括選自下述的一種或多種：Spirochaetes，Actinobacteria，Nitrospirae和Hyd24-12。在一些實(shí)施方案中，所述混合微生物還可以包括其它微生物。在一些實(shí)施方案中，所述混合厭氧微生物的來源沒有特別限制，例如所述混合厭氧微生物可以來自污泥或可以來自純菌的混合。在一些實(shí)施方案中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過對(duì)污泥進(jìn)行馴化而得到所述混合厭氧微生物。在一些實(shí)施方案中，馴化的污泥可以含有所述混合厭氧微生物中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，馴化的污泥以所述混合厭氧微生物為優(yōu)勢(shì)菌種。可以通過本領(lǐng)域已知的方法對(duì)污泥進(jìn)行馴化而得到所述混合厭氧微生物。在一些實(shí)施方案中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況、電解要求以及產(chǎn)品控制對(duì)馴化方法進(jìn)行調(diào)整，以獲得所需微生物。

在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以在10℃-70℃進(jìn)行，例如在10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，60℃65℃，70℃或其任意之間的溫度范圍進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，如果合適，本發(fā)明的方法可以在更高的溫度進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以在室溫進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以在高于室溫的環(huán)境下或低于室溫的環(huán)境下進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，在高于室溫的環(huán)境下實(shí)施本發(fā)明的方法可能是優(yōu)選的，例如在高溫環(huán)境下可以方便的實(shí)施本發(fā)明的方法，而不需要特定的溫度調(diào)節(jié)裝置。

在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以使用修飾的電極或未修飾的電極進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以使用例如碳電極，例如石墨顆粒、碳?xì)帧⑻疾肌⑻妓ⅰ⑻祭w維電極進(jìn)行。本發(fā)明的方法可以使用例如未修飾的電極進(jìn)行。本發(fā)明的方法可以使用例如未修飾的碳電極進(jìn)行。本發(fā)明的方法可以使用例如未修飾的石墨顆粒、碳?xì)帧⑻疾肌⑻妓ⅰ⑻祭w維電極進(jìn)行。