[發明專利]一種采用碳量子點作為促進劑提高厭氧發酵產氣的方法

有效

• 申請號: 201711077159.3
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107604011B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 李葉青;郭文陽;徐泉;周紅軍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C02F11/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 閆加賀;姚亮

本發明提供了一種采用碳量子點作為促進劑提高厭氧發酵產氣的方法，其包括：將碳量子點固體加入到接種液中，混合均勻后再向所得混合液中加入厭氧發酵原料，進行厭氧發酵反應。本發明在厭氧發酵體系中加入碳量子點促進劑可以提高發酵微生物菌群之間的協同作用，進而使得甲烷的產氣速率及總產氣量均明顯增加。

技術領域

本發明涉及一種采用碳量子點作為促進劑提高厭氧發酵產氣的方法，屬于廢棄有機物資源化和清潔能源生產的應用技術領域。

背景技術

隨著現代化進程的逐步加快，我國每年都有大量的有機垃圾產生。以市政有機垃圾、秸稈或養殖場糞便為原料，通過微生物厭氧發酵產生甲烷，實現廢棄資源的循環高效利用，是目前各國研究的熱點。其在實現垃圾變廢為寶的同時，也能夠部分替代化石能源，減少環境污染。

微生物厭氧發酵產甲烷的過程，主要分為三個階段，首先是纖維素分解菌、蛋白質水解菌和脂肪分解菌分別將大分子有機物水解為小分子有機物或單糖，將蛋白質最終水解為有機酸和氨，將酯類水解為小分子脂肪酸和醇；然后在產氫、產乙酸菌的作用下，將水解后的產物主要轉化為氫氣和乙酸；最后產甲烷菌將氫氣和乙酸以及其他少量產物轉化為甲烷和CO₂。微生物厭氧發酵產甲烷的各個階段均有對應的微生物菌參與；即在發酵原料確定的前提下，產甲烷的速率和產生量的大小完全取決于發酵微生物的活性和各種微生物之間的協同作用。因此，本領域目前研究的熱點主要集中于如何提高發酵微生物活性以及增強微生物之間的協同作用，以達到提高厭氧發酵效率的目的。

目前，本領域提高微生物活性的方法主要是為發酵微生物提供最佳的生長環境，例如適宜的溫度、壓力、絕對的厭氧條件及充足的營養物質。中國專利CN103710392A公開了一種甲烷轉化促進劑及其制備方法與應用，其是將適量的磷酸鹽、尿素、氯化鈷及鐵鹽均勻混合制備得到甲烷轉化促進劑，它是通過為微生物生長提供P和N源，以促進各階段微生物的活性。但是該發明中的促進劑成分較多，且制備過程繁瑣，生產成本較高。中國專利CN103255179A公開了一種提高甲烷產生的促進劑，其促進劑由鐵、鈷、鎳、鋅的氯化物組成，但是這幾種金屬元素都屬于重金屬，如果這種促進劑在發酵產甲烷工業上得到推廣應用，勢必會流入到環境中，對人類造成危害。

發明內容

為了解決上述的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種采用碳量子點作為促進劑提高厭氧發酵產氣的方法。

為達到上述目的，本發明提供一種采用碳量子點作為促進劑提高厭氧發酵產氣的方法，其包括：將碳量子點固體加入到接種液中，混合均勻后再向所得混合液中加入厭氧發酵原料，進行厭氧發酵反應。

根據本發明具體實施方案，在所述的方法中，優選地，以所述接種液的總體積計，碳量子點的濃度為0.1-10g/L。

根據本發明具體實施方案，在所述的方法中，優選地，所述碳量子點的濃度為0.1-1.0g/L；更優選為0.5-1.0g/L。

根據本發明具體實施方案，在所述的方法中，優選地，所述碳量子點為摻氮碳量子點；

更優選地，以該摻氮碳量子點的總重量為100％計，其所摻雜的氮含量為0.1-30wt％。

根據本發明具體實施方案，在所述的方法中，優選地，所述碳量子點是由檸檬酸鈉和乙二胺反應得到的。

根據本發明具體實施方案，在所述的方法中，優選地，所述碳量子點的制備方法包括以下步驟：

將檸檬酸鈉水溶液和乙二胺混合均勻，再將所得混合液置于反應釜中，于100-300℃反應3h以上；

反應結束后將反應釜冷卻，對所得液體產物進行冷凍處理后再經真空干燥，得到所述碳量子點。