固定二氧化碳的微藻的製備方法
2023-06-06 03:37:21
專利名稱：固定二氧化碳的微藻的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種微生物領域的二氧化碳固定技術，特別是涉及一種能 夠高效固定二氧化碳的微藻的製備方法。
背景技術：
近年頻發的自然災害與全球氣候變暖密切相關，如不加以控制將嚴重 威脅人類的生存和發展。全球氣候變暖已成為各國政府、學界以及企業界 關心的焦點之一。國際上對氣候變化的關注導致了聯合國氣候變化框架公
約(UNFCCC)的問世，並於2005年實施的《京都議定書》對各國承擔溫室氣 體特別是二氧化碳(C02)減排的義務進行了明確規定。其中規定，從2008年 到2012年，議定書締約方工業發達國家C02等六種溫室氣體排放量，要在 1990年的基礎上平均降低5.2%。發展中國家在此階段沒有減排義務，但 2012年以後也應承擔相應的責任。目前，歐美等國家已經開始徵收C02排放 稅，發達國家已經開始把C02排放納入專項治理和嚴格控制範圍。我國已經 正式籤署"京都議定書"，並承諾減排承擔義務。我國能源結構以含碳量高 的煤為主，能源利用率低，隨著經濟的快速發展我國C02排放總量已經居世 界第二位，僅次於美國。未來幾年我國C02的排放量將超過美國，居於世界 第一位。在《京都議定書》框架下，根據"清潔發展機制(CDM)"，發達國 家可向沒有減排義務的發展中國家提供資金或相關技術，並獲得由此產生 的減排額度的C02排放權，因而相應產生了C02排放權的交易。在當前的C02 排放權期貨交易中，2008年排放權價格已達20歐元/噸。根據世界銀行最 新預測，到2012年全球共需要經核證的C02減排量(CER)為25億噸，總 金額應為500億歐元。因此對C02的固定以達到C02的減排具有重要的意義。 C02固存和轉化成為目前各國實現減排的研究熱點。依據現行技術的特 性分類，區分為物理C02固定法、化學C02固定法和生物C02固定法三大類。物理固定法，C02物理固定法主要有海洋深層儲存法和陸地蓄水層(或 廢油、氣井)儲存法等。地下和海洋深層固存具有巨大的潛力，可阻止或 顯著減少C02向大氣中的人為排放，對減少C02人為排放、控制全球氣候變 化起到重要的作用。很多國家都積極參與了這種大規模的碳固存技術的研 究與實施，並取得了顯著效果。不過，這種碳固存技術除了埋存的穩定性 問題以及收集、純化、濃縮成本較高之外，還潛在著地下水、地層、海洋 生物圈以及氣候等方面的風險。
化學固定法，C02化學固定技術主要有以下幾類 一、利用乙醇胺類吸
收劑對C02進行分離回收；二、 C。2與H2、 CH4、 H20、 CH30H等反應分別合成 甲醇、C2烴、合成氣、碳酸二甲酯等許多有價值的化學品；三、將C02插入 到金屬、碳、矽、氫、氧、氮、磷、滷素等元素組成的化學鍵中，以製備 各種羧酸或羧酸鹽、氨基甲酸酯、碳酸酯、有機矽、有機磷化合物；四、 C02和環氧化物共聚合成新型二氧化碳樹脂材料。化學固定法常需純的C02， 而煙氣排放的C02純度一般只有20%左右，這就需要昂貴的分離成本。再加 上C02本身比較穩定，因此如何利用這個巨大的碳源來解決全球資源危機並 實現減排，仍然面臨巨大的挑戰。
生物固定法，C02生物固定法是地球上最主要和最有效的固碳方式，在 碳循環中起決定作用，利用此法來進行C02減排，符合自然界循環和節省能 源的理想方式。其原理為在生物體的葉綠體中利用光能把C02轉化為糖類等 生物質。能利用該法進行固碳的主要是植物、以及藻類。由於土地等因素 限制，通過大面積種植植物來固碳不是很現實。微藻具有光合速率高、繁 殖快、環境適應性強、處理效率高、可調控以及易與其他工程技術集成等 優點，且可獲得高效、立體的、高密度的培養技術，同時固碳後產生大量 的藻體具有很好的利用價值，因此具有高度的工業化潛力。雖然現已有文 獻報導(Masakazu M， Masahiro I. The biological C02 fixation and utilization project by rite (2) - screening and breeding of microalgae with high capability in fixing C02[J]. Energy Convers Manage, 1997， 38: 493-497)利用微藻固定C02，但存在一些問題，限制了其在工業中的 應用。第一，微藻耐受C02濃度低只有10%，而工業廢氣C02體積濃度高達20%，適應不了工業需求；第二，固定C02的效率不高，最高的固定效率只 能達到20克/L h。
發明內容
本發明的主要目的在於，克服現有的微藻固定co2的效率不高的缺陷，
而提供一種固定二氧化碳的微藻的製備方法，所要解決的技術問題是使制
備得到的微藻能夠耐受高濃度C02，從而提高C02的固定效率。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據
本發明提出的一種固定二氧化碳的微藻的製備方法，包括以下步驟誘變 過程，對活化小球藻進行誘變；富集培育過程，對誘變後的藻液進行培養， 在培養過程中通入C02體積濃度為10_30%的空氣；分離篩選過程，通過比較 吸光值進行初步篩選，對初步篩選得到的藻株通入C02體積濃度為10-30% 的空氣繼續進行培養，然後利用C02的固定效率為指標進行復篩，得到目標 藻株。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。 前述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其中所述的誘變過程包括 在紫外燈照射下，對活化小球藻以70_90%的致死率進行誘變。
前述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其中所述的富集培育過程包 括在20-3(TC下對經過上述誘變過程後的藻液進行培育；並於10-30小時 後向藻液連續通入C02體積濃度為10-30%的空氣，在光照下進行3-IO天； 對藻液每隔2-4天轉接一次，並繼續通入C02體積濃度為10-30%的空氣。
前述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其中所述的富集培育過程包 括3-5次的轉接。
前述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其中所述的分離篩選過程包 括將富集培育過程得到的藻液置於SE培養基，在光照培養箱進行培養， 5-10天後，小球藻長出單個藻落；挑取深綠色單克隆藻落於培養液中，通 入C02體積濃度為10_30%的空氣進行培養3-10天；通過比較吸光值進行初 步篩選，並將初步篩選得到的藻株接入新鮮SE培養基，通入C02體積濃度 為10-30%的空氣進行培養，利用C02的固定效率為指標進行復篩。前述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其中所述的SE培養基主要成
分如下0. 25克NaN03， 0. 075克K2HP04* 3H20， 0. 075克MgS(V 7H20， 0. 025 克CaCl2' 2H20， 0. 175克KH2P04， 0. 025克NaCl， 40 ml 土壤浸取液，0. 005g FeCl3' 6H20， 1 ml Fe_EDTA， 1 ml A5溶液，958 ml蒸餾水；A5溶液主要 成分100 ml蒸餾水中含286 mg ,3， 181 mg MnCl2* 4H20， 22mg ZnS04 7H20， 7. 9mg CuS(V 5H20， 3. 9mg (NH4) 6Mo7024* 4H20。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方 案，本發明固定二氧化碳的微藻的製備方法至少具有下列優點
本發明得到的藻株小球藻(CWoreWa 7W^a/^s而ST 11)其生長速 率是出發藻株的6倍。在相同條件下，本發明得到的藻株小球藻固定C02 的速率較出發藻株提高近4倍，出發藻株C02固定速率為0.05kg/(d， L)， 而本發明得到的藻株小球藻的C02固定速率達0.22 kg/(d* L)。
利用所培育出的高效固碳微藻，結合合適的光反應器和操作條件可以 實現工業上的碳減排。這對我國乃至全球的溫室氣體排放具有重要的意 義， 一次可產生顯著的環境效益和社會效益。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的 技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例 並配合附圖詳細說明如後。
圖1是本發明的固定二氧化碳的微藻的製備方法的流程圖。 圖2是出發株小球藻形態顯微鏡圖。 圖3是本發明的目標藻株小球藻WUSTll形態顯微鏡圖。 圖4是出發藻與小球藻WUST11的生長曲線。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功 效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的固定二氧化碳的微藻 的製備方法其具體實施方式
及其功效，詳細說明如後。請參閱圖1所示，本發明較佳實施例的固定二氧化碳的微藻的製備方 法，其主要包括以下步驟誘變過程S1、富集培育過程S2和分離篩選過程 S3。
所述的誘變過程包括取活化小球藻(OJore^a w/7gs2^s)藻液5ml 於90mm的培養皿中，使藻液在培養皿底部均勻鋪上一薄層，在磁力攪拌下， 用15W的紫外燈下，照射距離為20cm，以80%的致死率進行的誘變，誘變 時間為20min。
所述的富集培育過程包括將經過上述誘變過程後的藻液轉移到到SE 培養基的培養瓶中，藻液的接種量為20%,總體積為200 ml，套上黑色袋 避免光修復，將培養瓶置於搖床中。搖床的轉速設置為100 r/min，溫度為 25°C。 24小時後將藻液連續通入含C02體積濃度為25%的空氣，在光照下 進行培養。7天後培養瓶中的藻液變為深綠色。然後，按照25%的接種量轉 接，並繼續通入含25%0)2的空氣進行培養，以後每隔2天轉接一次，轉接 3次後開始分離篩選。
所述的分離篩選過程包括將上述富集培育過程得到的生長穩定後的 藻液稀釋10000倍，然後將稀釋後的藻液塗布於含添加1%瓊脂的SE培養基 的固體培養基，置於光照培養箱進行培養，培養條件為28°C、光強度 8000Lux， 7天後，小球藻長出單個藻落。挑取深綠色單克隆藻落於10 ml 液體培養液的試管中，通入含25%(:02的空氣進行培養。5天後，通過比較吸 光值分別初步篩出生長速率較高的藻株。將初篩的藻株接入新鮮SE培養基， 通入含25%0)2的空氣進行培養，利用C02的固定效率為指標進行復篩，得到 C02固定效率高的目標藻株。
SE培養基主要成分如下0. 25克歸03， 0. 075克K2HP(V 3H20， 0. 075 克MgS(V 7H20， 0. 025克CaCl2- 2H20， 0. 175克KH2P04， 0. 025克NaCl， 40ml花園土壤浸取液(對土壤沒有嚴格要求)，0.005gFeCl3* 6H20， 1ml EDTA-Fe(EDTA-Fe的配置方法將EDTA和FeCl3*6H20分別溶於水和HCl (0. 1 mol/L)，混勻即可。主要成分為lgNa-EDTA， 50ml蒸餾水，81mgFeCl3 6H20， 50 ml HCl(O. 1 mol/L) )。， 1 ml A5溶液，958 ml蒸餾水。A5溶 液主要成分100 ml蒸餾水中含286 mg H3B03， 181 mg MnCl2* 4H20， 22mgZnS04* 7H20， 7.9mg CuS04' 5H20， 3.9mg (NH4)6Mo7024* 4H20。
經過上述過程，得到了一種可耐受0)2濃度為25%的小球藻株，命名為 小球藻WUST 11 (GWoreL^ ra^arj's而ST 11)，其形態與出發藻株有明 顯的變化，見圖2和圖3所示，可看出誘變藻WUST ll較出發藻明顯變長， 其繁殖能力隨之增加。圖4給出了出發藻與小球藻WUST 11的生長曲線， 可看出該而ST 11藻株生長速率較出發藻株有很大提高，是出發藻株的6 倍。在相同條件下，選育的藻株固定C02的速率較出發藻株提高近4倍。
當前C02排放權期貨交易中，2008年的排放權價格己達20歐元/噸(中 國C02商務網，http:〃www. co2-china.com/)。我國鋼鐵、火電每年排放的 C02分別達5億噸和27億噸。通過CDM機制，按照武鋼近期的交易價，碳交 易市場為320億美元。而利用本發明培育的微藻固定C02隻需添加少量的無 機鹽，所需的其它營養物質可以從含氮廢水和生活廢水中獲得，而所需的 光能由太陽能獲得。因此本發明的技術具有很好的經濟前景。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式 上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發 明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利 用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但 凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍 內。
權利要求
1、一種固定二氧化碳的微藻的製備方法，其特徵在於其包括以下步驟誘變過程，對活化小球藻進行誘變；富集培育過程，對誘變後的藻液進行培養，在培養過程中通入CO2體積濃度為10-30％的空氣；分離篩選過程，通過比較吸光值進行初步篩選，對初步篩選得到的藻株通入CO2體積濃度為10-30％的空氣繼續進行培養，然後利用CO2的固定效率為指標進行復篩，得到目標藻株。
2、 根據權利要求l所述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其特徵在 於其中所述的誘變過程包括在紫外燈照射下，對活性小球藻以70-90%的 致死率進行誘變。
3、 根據權利要求l所述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其特徵在 於其中所述的富集培育過程包括在20-3(TC下對經過上述誘變過程後的藻 液進行培育；並於10-30小時後向藻液連續通入C02體積濃度為10-30%的空 氣，在光照下進行3-10天；對藻液每隔2-4天轉接一次，並繼續通入C02 體積濃度為10-30%的空氣。
4、 根據權利要求l所述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其特徵在 於其中所述的富集培育過程包括3-5次的轉接。
5、 根據權利要求l所述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其特徵在 於其中所述的分離篩選過程包括將富集培育過程得到的藻液置於SE培養 基，在光照培養箱進行培養，5-10天後，小球藻長出單個藻落；挑取深綠 色單克隆藻落於培養液中，通入C02體積濃度為10-30%的空氣進行培養3-10 天；通過比較吸光值進行初步篩選，並將初步篩選得到的藻株接入新鮮SE 培養基，通入C02體積濃度為10_30%的空氣進行培養，利用C02的固定效率 為指標進行復篩。
6、 根據權利要求5所述的固定二氧化碳的微藻的製備方法，其特徵在 於其中所述的SE培養基主要成分如下0.25克NaN03， 0. 075克K2HP04*3H20， 0. 075克MgS04' 7H20， 0. 025克CaCl2* 2H20， 0. 175克KH2P04， 0. 025 克NaCl， 40 ml 土壤浸取液，0. 005g FeCl3* 6H20， 1 ml Fe-EDTA， 1 ml A5 溶液，958 ml蒸餾水；A5溶液主要成分100 ml蒸餾水中含286 mg H3B03， 181mgMnCl2' 4H20， 22mgZnS(V 7H20， 7. 9mgCuS(V 5H20， 3. 9mg (NH4)6Mo7024 4H20。
全文摘要
本發明是關於一種固定二氧化碳的微藻的製備方法，包括以下步驟誘變過程，對活化小球藻進行誘變；富集培育過程，對誘變後的藻液進行培養，在培養過程中通入CO2體積濃度為10-30％的空氣；分離篩選過程，通過比較吸光值進行初步篩選，對初步篩選得到的藻株通入CO2體積濃度為10-30％的空氣繼續進行培養，然後利用CO2的固定效率為指標進行復篩，得到目標藻株。本發明的藻株小球藻其生長速率是出發藻株的6倍。在相同條件下，本發明得到的藻株小球藻固定CO2的速率較出發藻株提高近4倍，出發藻株CO2固定速率為0.05kg/(d·L)，而本發明得到的藻株小球藻的CO2固定速率達0.22kg/(d·L)。
文檔編號C12N13/00GK101412965SQ20081019766
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月17日 優先權日2008年11月17日
發明者吳高明, 李軒科, 楊忠華, 陳明明 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司;武漢科技大學