[发明专利]一种利用CO2使藻类快速增殖直接用于生物制氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物制氢，具体说是一种利用气体中的二氧化碳(包括大气中的CO₂及工厂排放气中的CO₂)使藻类快速增殖，短期内达到最佳产氢藻密度，并直接用于藻类生物制氢的方法，其可在减少二氧化碳污染、藻类培养及生物制氢等领域中的应用。

背景技术

随着能源危机与环境污染问题的日趋严重，人类社会排放到大气中的CO₂不断增加，最突出的是温室效应。氢是一种高效、洁净的可再生能源，氢能的研究和利用日益受到重视。生物制氢具有常温常压操作、低能耗以及环境友好等特点，是符合氢能经济战略目标的理想制氢技术。

藻类可利用气体中的二氧化碳进行光自养，具有繁殖快、环境适应性强等优点。某些藻类还可利用体内的可逆氢酶进行生物制氢，包括淡水藻斜栅藻(Scenedesmus obliquus)、莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)、小球藻(Chlorella fusca)、海洋藻绿球藻(Chlorococcum littorale)和亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)等。

通常实验室中培养藻类的方法采用摇瓶静置培养，接种密度为0.3×10⁶cells/mL，培养30天后细胞密度才能达2×10⁶cells/mL。在产氢过程中藻液还需经过离心浓缩洗涤等处理步骤，才到最佳产氢藻密度6×10⁶cells/mL，方可进行藻类生物制氢。

发明内容

本发明目的是提供一种利用CO₂使藻类快速增殖直接用于生物制氢的方法，其把气体中的二氧化碳通入到藻培养的反应器中，使藻类快速增殖，短期内达到最佳产氢藻密度，并可直接用于藻类生物制氢的新技术。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明以亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)为实验材料，在光生物反应器中，利用气体中的二氧化碳及流加营养盐的培养方式，藻细胞从接种密度(0.6×10⁶cells/mL)10天内达到最佳产氢密度(6×10⁶cells/mL)，不必经过离心浓缩，洗涤等步骤直接用于生物制氢。

具体为：

1)以亚心形扁藻为产氢藻类，将微藻细胞接种于光生物反应器中，采用气体中的二氧化碳(如：大气中的CO₂及工厂排放气中的CO₂。)作为碳源，流加康维方营养盐快速培养藻类：

气体中二氧化碳体积浓度0.03～30％，气体流速为50～500ml/min；每1～10天流加加入原培养体系中所添加康维方营养盐母液体积0～10倍的营养盐母液，最好每2～5天流加0.5-2倍体积的康维方营养盐母液；亚心形扁藻接种密度为0.1×10⁶～1×10⁶cells/mL，平均光强为4000～6000lx，采用左右两个方向采光，温度控制在15～30℃，光暗时间比为10～24h∶14～0h；

所述光生物反应器由气源经主管路与培养单元相连接构成；

其中培养单元可为1个或1个以上的多个并联；培养单元由透明材质制成，培养单元的左右两侧均设置有光源；培养单元的底部设置有由多孔材料构成的布气器，布气器下端设置有与外管路相通的进气口；所述多孔材料为玻璃泡、筛板、珊瑚礁或气石；最好为筛板；

所述气源为相互并联的气瓶与压缩泵，它们分别通过气体控制阀和气体流量计与主管路相连通；

2)直接将藻液装入产氢反应器中，密封，置于暗处，通氮气5～30min，流速为30～100mL/min，排出体系内的氧气，整套反应体系置于光照培养箱内；暗诱导4-24h后加入解偶联剂CCCP，使其终浓度达5～25μM，10～30min后开始光照；50～200rpm/min的磁力搅拌，温度控制在20～35℃，光照强度为3000～8000lx的日光灯下连续光照产氢。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、环境友好：过程无污染，可利用气体中的产生温室效应的CO₂气体作为碳源，转化为自身有机质。

2、高效、快速提高藻密度：藻细胞短期内达到最佳产氢密度。

3、高密度培养的藻可直接用于生物制氢：克服离心浓缩，洗涤并更换新鲜培养基等冗长的步骤，简化藻类光水解制氢工艺，提高效率，减少制氢工艺成本。