[發明專利]利用膜萃取促進微生物電催化二氧化碳合成乙酸的方法

在審

• 申請號: 202210368631.3
• 申請日: 2022-04-09
• 公開（公告）號: CN114686909A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 駱海萍;劉森;劉廣立;張仁鐸
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C25B3/07
• 分類號: C25B3/07;C25B3/26;C25B9/21;C12P7/54
• 代理公司: 深圳科灣知識產權代理事務所(普通合伙) 44585
• 代理人: 李曉林

本發明屬于二氧化碳的資源化利用技術領域，具體為利用膜萃取促進微生物電催化二氧化碳合成乙酸的方法，包括步驟1：組裝三室反應器，陰極室和萃取室之間用離子交換膜隔開，其中實驗組用陰離子交換膜，對照組用陽離子交換膜；步驟2：陰極室通入純CO₂氣體5min為產乙酸菌群提供充足碳源，測定陰極室pH，然后再通入N₂/CO₂氣體5min以除溶解氧；為了防止反應器產生過多的甲烷，往氣袋中通入2mL乙炔并與陰極室連通，最后對反應器外加2.4V的電壓并放入32℃的生化培養箱中進行培養；采用多通路電壓數據采集器以實時監測反應器的產電情況，其結構合理，本發明具有低成本，綠色環保的特點，對環境保護和二氧化碳的資源化利用有著積極的意義。

技術領域

本發明涉及二氧化碳的資源化利用技術領域，具體為利用膜萃取促進微生物電催化二氧化碳合成乙酸的方法。

背景技術

二氧化碳作為一種溫室氣體，過量則會導致溫室效應、全球變暖等氣候問題，對全球環境帶來負面影響。另一方面，二氧化碳也是地球中最為豐富的無機碳資源，因此二氧化碳的資源化利用對改善氣候環境、優化能源結構和緩解資源緊缺具有十分重要的意義。

綠色植物通過光合作用吸收二氧化碳并產生有機物是最為常見的二氧化碳資源化利用方式。一些微生物能夠利用電極提供電子固定二氧化碳并產生乙酸等有機物。與植物的固碳方式相比，微生物電催化固碳具有生長繁殖速度快、不受土壤和水資源的限制、二氧化碳固定效率穩定且高效、經濟效益高且適合工業化應用等優點。

雙腔室結構仍然是微生物電催化二氧化碳合成乙酸的經典構型，雙室之間的陽離子交換膜起到分隔溶液和透過質子等作用。但是從產品回收和乙酸產率的角度來看，這種構型設計的主要缺點如下：(1)產生的化學產品(如乙酸等)回收利用率很低；(2)從陰極液中回收產品時，還需要分離微生物，酸化并濃縮產品的成本較為昂貴；(3)陰極室累積的乙酸會導致產品多樣化并抑制微生物產乙酸活性。

為此，我們提出一種利用膜萃取促進微生物電催化二氧化碳合成乙酸的方法。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施方式。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于現有技術中存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明的目的是提供利用膜萃取促進微生物電催化二氧化碳合成乙酸的方法，能夠實現具有低成本，綠色環保的特點，對環境保護和二氧化碳的資源化利用有著積極的意義。

為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：

利用膜萃取促進微生物電催化二氧化碳合成乙酸的方法，其包括如下步驟：

步驟1：組裝三室反應器，陰極室和萃取室之間用離子交換膜隔開，其中實驗組用陰離子交換膜，對照組用陽離子交換膜；萃取室和陽極室都用陽離子交換膜隔開，將培養好的菌液倒入50mL的離心管中進行離心(6000rpm，5min)，倒掉上清液后，量取40mL陰極液與離心管中沉淀充分混合，然后倒入陰極室，完成陰極室接種，再將配置好的溶液基質對應注入萃取室和陽極室，注入的溶液體積均為15mL，完成三室反應器的構建；

步驟2：陰極室通入純CO₂氣體5min為產乙酸菌群提供充足碳源，測定陰極室pH，然后再通入N₂/CO₂氣體5min以除溶解氧；為了防止反應器產生過多的甲烷，往氣袋中通入2mL乙炔并與陰極室連通，最后對反應器外加2.4V的電壓并放入32℃的生化培養箱中進行培養；采用多通路電壓數據采集器以實時監測反應器的產電情況。