[发明专利]一种微生物电催化转化二氧化碳的方法

说明书

本发明公开了一种微生物电催化转化二氧化碳的方法，采用微生物电解池进行转化，以碳布电极为阴极，以Ag/AgCl为参比电极，以铂片电极为阳极；阴极室添加活性污泥和阴极液，在30℃、‑0.6V～‑0.8V的阴极电位下运行140h。本发明将具有高效CO₂转化能力活性污泥接种至阴极室，有效提升了催化转化CO₂的效率。通过阴极电位的调控，进一步提升了系统性能。在催化转化CO₂的过程中，合成了高附加值产物，CO₂资源化问题得到缓解。

(一)技术领域

本发明涉及微生物电化学领域，具体涉及一种微生物电催化转化CO₂的方法。

(二)背景技术

气候变化是全球最大的环境挑战，温室气体的排放则是造成20世纪中叶以来全球变暖的主要原因。二氧化碳(CO₂)作为最主要的温室气体，其排放量占人为温室气体总排放量的68％。据国际能源机构(IEA)预测，到2030年CO₂排放量将比2004年高63％。近年来，关于CO₂减排的倡议在全球范围内传播，我国作为负责任的大国提出了力争在2030年前二氧化碳排放达到达峰，2060年前实现碳中和的目标。针对CO₂减排，开发高效经济的深化处理技术具有深刻的环境意义。

当前我国以煤为主的能源结构难以改变，大气中CO₂含量仍会持续升高，加剧温室效应。CO₂的捕集存储技术被认为是大规模减少CO₂排放最有效可行的方法，但CO₂作为一种极具潜力的物质，封存会造成一定的资源浪费。若能将收集和捕获的CO₂加以资源化利用，不仅可实现CO₂减排，同时也可缓解温室效应和能源危机。CO₂的资源化过程主要通过化学或生物的方式转化为有用的化学品。相较于化学转化，生物转化可以利用植物和微生物在相对温和的条件下进行，且能量的输入量更少。生物将捕获的CO₂用于自身生长的同时，也可产生大量的生物质资源。然而，传统的生物法效率低下，亟需开发出一种能够快速催化转化CO₂的环境友好型技术。

微生物电合成(MES)是一种新型的绿色可持续CO₂资源化技术。在MES体系中，以化能自养菌作为生物催化剂，通过阴极驱动可将CO₂高效还原转化为具有高附加值的产物。菌种是体系中最重要的组成之一，其种类决定了CO₂转化效率和最终产物种类。相较于混合菌群，纯种菌具有更高的电子利用效率。纯菌体系中涉及更少的竞争性生物电化学过程，更易获得定向产物。此外，已有相关文献报道，通过电极电势的调控可进一步强化体系催化转化CO₂的能力。可以预见，将筛选获得的高效菌应用于MES体系，可以高效定向获得具有高附加值的CO₂转化产物。

本发明构建的微生物电合成体系，通过培养驯化高效纯种菌，形成具有CO₂催化转化能力的阴极生物膜。利用阴极微生物为催化剂，并调控施加的阴极电位加快电子传递速率，进一步强化体系对CO₂的催化转化能力。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种微生物电催化转化CO₂的方法，在微生物电解池的阴极室接种具有高效CO₂催化转化能力的活性污泥，在阴极液CO₂浓度为饱和状态的培养条件下，通过外加电极电位，形成阴极生物膜。通过阴极电位的调控，强化电解池催化转化CO₂的能力。

本发明采用的技术方案是：