[發明專利]一種微生物還原二氧化碳產甲烷的方法

有效

• 申請號: 201811057009.0
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109022495B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 牟伯中;周蕾;劉金峰;楊世忠;白楊
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12R1/01
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種微生物還原二氧化碳產甲烷的方法，包括以下步驟：1)構建包含陰極池和陽極池的微生物電解池，陰極池中包含工作電極、參比電極；陽極池包括對電極；陰極池和陽極池之間用質子交換膜隔開；2)陰極池和陽極池中加入產甲烷菌培養基；3)陰極池中接種1.5～5.0％產甲烷菌菌液；在室溫條件下培養；4)陰極池加載?0.6v(vs SHE)電壓；5)由陰極池頂空收獲甲烷。與現有技術相比，本發明無需化學催化劑、清潔高效、低成本的將CO₂生物還原為甲烷方法，并且無其他副產物，有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及CO₂資源化利用領域，尤其涉及一種促進微生物利用電能將CO₂轉化為甲烷的方法。

背景技術

自工業革命以來，人類的生產活動顯著的增加了大氣中CO₂的含量。CO₂作為主要的溫室效應氣體之一，其在大氣中含量的增長可能導致全球變暖和氣候極端事件增加。如何減少大氣中CO₂的含量，甚至將其轉化為高附加值的化學品成為一個全球研究的熱點。常見的轉化方法包含化學轉化和生物轉化。化學法往往需要高溫高壓和催化劑，與之相比，生物轉化可以在室溫常壓條件下發生，反應條件溫和，有著廣闊的應用前景。

利用微生物將CO₂轉化為甲烷已有廣泛的研究和報道。專利號為CN 102925492A的專利在陰極室中接種污泥富集得到的微生物，利用電流還原CO₂產甲烷的同時還可以產乙酸。但是其開始產甲烷(-850mV到-950mV，vs Ag/AgCl)的電勢偏高，能量消耗較大；在產甲烷的過程中同時生成副產物乙酸，降低了產甲烷的效率，增加了產物分離難度。

對此，我們提供了一種新的生物陰極，能在較低電勢下，將CO₂高效低成本地轉化為CH₄。利用硝酸-醋酸混合纖維薄膜的高比表面積和多孔性，以及碳納米管的優良導電性制成工作電極。將其放置在陰極池中，產甲烷八疊球菌能夠附著在工作電極上，當在陰極施加電勢時，產甲烷菌能夠將高效較快地將CO₂轉化為甲烷。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種微生物還原二氧化碳產甲烷的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種微生物還原二氧化碳產甲烷的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)構建包含陰極池和陽極池的微生物電解池，陰極池中包含電解液，工作電極(陰極)，參比電極和產甲烷菌；陽極池包括電解液和鉑對電極；陰極池和陽極池之間用N117質子交換膜隔開；

2)陰極池和陽極池中加入產甲烷菌培養基；

3)陰極池中接種3ml產甲烷菌菌液，培養；

4)陰極池加載-0.6v(vs SHE)電壓；

5)由陰極池頂空收獲甲烷。

步驟(1)所述的工作電極由黏附多壁碳納米管的硝酸—醋酸混合纖維薄膜制成。所述的硝酸—醋酸混合纖維薄膜上黏附著多壁碳納米管量為0.1～10mg/cm²，多壁碳納米管長度為0.5～50μm；硝酸—醋酸混合纖維薄膜孔徑0.2～2μm。

工作電極的制備方法包括以下步驟：首先，將長度為0.5～50μm多壁碳納米管用5％雙氧水浸泡震蕩1h，干燥后溶解在0.5～20％的nafion乙醇溶液中，超聲處理1～60min使多壁碳納米管均勻分散，制成多壁碳納米管nafion乙醇溶液，然后將其均勻涂在孔徑為0.2～2μm硝酸醋酸混合纖維薄膜上，在20～65℃的環境中烘干。使硝酸-醋酸混合纖維薄膜的多壁碳納米管負載量為0.1～10mg/cm²。將載有多壁碳納米管的硝酸-醋酸混合纖維薄膜放置在陰極池中，并且與鉑絲鏈接形成工作電極。