【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種處理含二氧化碳的氣體的方法，其中在厭氧條件下，在包含載體和微生物的電子荷電填充床的存在下，將二氧化碳轉化為甲烷。
技術介紹
1、cn106947688描述了一種用于通過微生物/光電耦合減少二氧化碳以產生甲烷的系統和方法。該系統包括陽極室和陰極室。在陰極室中，微生物存在于緩沖溶液中，其中kh2po4和na2hpo4實現緩沖效果。所公開的總鹽濃度較低，從而導致預期存在非嗜鹽微生物。
2、cn112376073描述了一種用于在設有陽極室和陰極室的生物電化學系統中還原二氧化碳以產生甲烷的系統和方法。在陰極室中，微生物存在于緩沖溶液中，其中kh2po4和na2hpo4實現緩沖效果。所公開的總鹽濃度較低，從而導致預期存在非嗜鹽微生物。
3、題為“在產甲烷生物電化學系統中用作陰極的顆粒狀碳基電極(granularcarbon-based?electrodes?as?cathodes?in?methane-producing?bioelectrochemicalsystems)”(dandan?liu、marta?roca-puigros、florian?geppert、leire?caizán-juanarena、susakul?p.na?ayudthaya、cees?buisman和annemiek?ter?heijne,frontiersin?bioengineering?and?biotechnology,2018年6月|第6卷,第78章)的期刊文章描述了一種在厭氧條件下在包含活性炭顆粒和混合培
4、nl2026669描述了相對于上述dandan?lui等人的期刊文章的改進方法。在該方法中，通過在厭氧條件下將包含溶解的二氧化碳的水溶液與包含載體和嗜鹽微生物生物膜的電子荷電填充床接觸來將二氧化碳轉化為甲烷，其中90mol％以上的溶解的二氧化碳以碳酸氫根離子和/或碳酸根離子的形式存在。據發現，在這些堿性更強的條件下，能效顯著提高到40％的值。這種方法的一個問題是，當長時間進行該方法時，較高的能效會在一定時間后下降。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提高nl2026669中公開的方法的穩定性。
2、該目的通過以下方法實現。一種通過在厭氧條件下將包含溶解的二氧化碳的水溶液與包含載體和微生物生物膜的電子荷電填充床接觸來將二氧化碳轉化為甲烷的方法，其中水溶液的ph高于7.5，其中水溶液包含0.3至4m的鈉陽離子或0.3至4m的鈉和鉀陽離子，并且其中水溶液包含20mm以上的磷酸根離子。
3、申請人發現，當該方法在20mm以上的磷酸根離子的存在下進行時，獲得了更穩定的方法，其中能效提高到約60％的值。
4、溶解的二氧化碳可以作為二氧化碳水溶液、碳酸、碳酸氫根離子和碳酸根離子存在。水溶液中溶解的二氧化碳的大部分以碳酸氫根離子和/或碳酸根離子的形式存在。水溶液中優選90mol％以上，甚至更優選95mol％以上的溶解二氧化碳以碳酸氫根離子和/或碳酸根離子的形式存在。這些化合物存在于水溶液中的ph條件高于7.5，優選高于7.7，更優選高于8，甚至更優選在8至10的范圍內，最優選8.5至9.5。這些堿性條件可以通過弱酸和強堿之間形成的堿性鹽(諸如碳酸氫鈉和碳酸氫鉀)來實現。這種堿性鹽可以通過加入鈉陽離子或鈉和鉀陽離子來形成。水溶液包含0.3至4m的鈉陽離子或0.3至4m的鈉和鉀陽離子。優選地，水溶液包含0.4至2m、甚至更優選0.5至1.5m的鈉陽離子或鈉和鉀陽離子。所得的具有高鹽濃度的水溶液是緩沖溶液，該緩沖溶液還包含碳酸鈉和碳酸氫鈉或碳酸鉀和碳酸氫鉀或它們的混合物。
5、僅需要20mm以上、優選40mm以上、甚至更優選50mm以上的少量磷酸根離子。這表明磷酸根離子抑制了競爭微生物的生長，這些競爭微生物會消耗電子并形成其他產物。出于此原因，僅需要少量。上限可以是飽和濃度，將由像縮放這樣的因素確定，這是要適當地避免的。高達甚至0.5m以上的含量是可以想象的。出于實際原因，人們將在低磷酸根離子含量下操作該方法。磷酸根離子可以以鹽的形式加入水溶液中，優選以堿性鹽的形式加入，如磷酸鈉或磷酸鉀。后者是優選的，因為根據本專利技術，鈉離子和任選的鉀離子存在于水溶液中。
6、堿性水溶液適當地還包含微生物的營養物。合適的營養物的示例是諸如銨、維生素和礦物質元素的營養物，它們可以作為所謂的沃爾夫(wolfe)礦物質溶液的一部分存在?？赡苄枰驂A性水溶液中加入這些營養物以維持活性微生物。
7、通過在不存在分子氧的情況下，優選也在不存在其他氧化劑(諸如例如硝酸鹽)的情況下進行該方法，適當地實現厭氧條件。“不存在分子氧”意指在該方法中加載的水溶液中的分子氧濃度為至多10μm分子氧，優選至多1μm分子氧，更優選至多0.1μm分子氧?？杀灰暈檠趸瘎┑牧蛩猁}可以低濃度存在，例如160μm，作為前面提到的沃爾夫礦物溶液的一部分。據發現，這些低濃度的硫酸鹽不會對二氧化碳的期望轉化產生負面影響。
8、該方法通過在厭氧條件下，將水溶液與包含活性炭顆粒和微生物的電子荷電填充床接觸來進行，其中二氧化碳轉化為甲烷。微生物可以是微生物的混合培養物或單一培養物。微生物的混合培養物適當地獲自厭氧生長的培養物。適當地，混合培養物包含嗜氫產甲烷菌，諸如例如甲烷桿菌。可以存在另外的微生物，包括厭氧或兼性厭氧菌，例如變形菌，諸如例如δ變形菌和β變形菌。
9、在本專利技術的方法的高鹽濃度條件下，嗜鹽微生物將在培養物中占優勢，即使起始培養物獲自主要由非嗜鹽微生物組成的厭氧生長培養物。可存在于該方法中的嗜鹽微生物的示例是屬于下面的屬的輕度嗜鹽菌和中度嗜鹽菌：深古菌(bathyarchaeia)、甲烷桿菌(methanobacterium)、甲烷絲菌(methanosaeta)、甲烷顆粒菌屬候選菌種(candidatusmethanogranum)、海桿菌(marinobacter)、巴紐爾斯菌(balneolaceae)、脫硫弧菌(desulfovibrionaceae)、醋酸桿菌(acetobacterium)、氨基酸球菌(acidaminococcaceae)、鹽硫桿狀菌(halothiobacillus)、螺旋體(spirochaetaceae)、沼澤桿菌(paludibacter)、紅桿菌(rhodobacteraceae)、脫硫桿菌(desulfobacteraceae)、除硫單胞菌(desulfuromonadaceae)、地桿菌(geobacteraceae)、土壤單胞菌(solimonadaceae)、鹽單胞菌(halomonadaceae本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種通過在厭氧條件下，將包含溶解二氧化碳的水溶液與包含載體和微生物的生物膜的電子荷電填充床接觸來將二氧化碳轉化為甲烷的方法，
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述水溶液包含0.4至2M的鈉陽離子或0.4至2M的鈉和鉀陽離子。
3.根據權利要求1至2中任一項所述的方法，其中所述水溶液包含0.5至1.5M的鈉陽離子或0.5至1.5M的鈉和鉀陽離子。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述載體包含活性炭顆粒。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中不向所述電子荷電填充床提供電源。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述電子荷電填充床是生物電化學系統中的生物陰極的一部分，所述生物電化學系統還包括陽極、離子交換膜和陰極，其中通過向所述生物電化學系統施加電位從而在生物陰極和陽極之間產生一定時間的電流來對所述填充床充電。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述電子荷電填充床是生物電化學系統中的生物陰極的一部分，所述生物電化學系統還包括陽極，并且其中在一個時刻，當通過向所述生物電化學系統
8.根據權利要求6至7中任一項所述的方法，其中所述方法在一個以上生物電化學系統中進行，每個系統包括所述生物陰極和陽極，并且其中在一個或多個生物電化學系統中，在不向這些一個或多個生物電化學系統的所述電子荷電填充床提供電源時進行所述方法，并且其中向所述一個以上生物電化學系統中的一個或多個其他生物電化學系統的所述填充床提供電源，使得這些填充床在不進行所述方法時利用電子充電。
9.根據權利要求7至8中任一項所述的方法，其中當不向所述電子荷電填充床提供電源時，進行所述方法0.03至12小時。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法，其中生成所述電位的電源是由太陽能和/或風能生成的電力。
11.根據權利要求6至10中任一項所述的方法，其中通過向所述陰極電極施加2至200A/m2的電流密度或通過向所述生物陰極的集流體施加相比析氫電位負得更少的陰極電位來對所述填充床充電。
12.根據權利要求6至11中任一項所述的方法，其中所述陽極是涂覆有銥和/或鉭的鈦網。
13.根據權利要求6至9中任一項所述的方法，其中所述電源通過所述陽極處的化學反應生成。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的方法，其中所述填充床是具有500至1500m2/g的活性表面積的活性炭顆粒填充床，并且其中所述微生物作為生物膜存在于所述活性表面積的表面上。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的方法，其中所述包含溶解的二氧化碳的水溶液通過將包含二氧化碳的氣體與pH高于7.5的水溶液接觸以獲得水溶液而獲得，其中所述溶解的二氧化碳的大部分以碳酸氫根離子和/或碳酸根離子的形式存在。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的方法，其中所述微生物是嗜鹽微生物。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種通過在厭氧條件下，將包含溶解二氧化碳的水溶液與包含載體和微生物的生物膜的電子荷電填充床接觸來將二氧化碳轉化為甲烷的方法，
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述水溶液包含0.4至2m的鈉陽離子或0.4至2m的鈉和鉀陽離子。
3.根據權利要求1至2中任一項所述的方法，其中所述水溶液包含0.5至1.5m的鈉陽離子或0.5至1.5m的鈉和鉀陽離子。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述載體包含活性炭顆粒。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中不向所述電子荷電填充床提供電源。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述電子荷電填充床是生物電化學系統中的生物陰極的一部分，所述生物電化學系統還包括陽極、離子交換膜和陰極，其中通過向所述生物電化學系統施加電位從而在生物陰極和陽極之間產生一定時間的電流來對所述填充床充電。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中所述電子荷電填充床是生物電化學系統中的生物陰極的一部分，所述生物電化學系統還包括陽極，并且其中在一個時刻，當通過向所述生物電化學系統施加電位從而在生物陰極和陽極之間產生電流來對所述填充床充電時，進行所述方法，并且其中在另一個時刻，當不向所述電子荷電填充床提供電源時，進行所述方法。
8.根據權利要求6至7中任一項所述的方法，其中所述方法在一個以上生物電化學系統中進行，每個系統包括所述生物陰極和陽極，并且其中在一個或多個生物電化學系統中，在不向這些一個或多個生物電化...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉丹丹，弗雷德里克斯·德林克，約翰內斯·伯納德斯·瑪麗亞·克洛克，
申請(專利權)人：帕克爾有限公司，
類型：發明
國別省市：
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