本發(fā)明屬于新能源，具體涉及一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法。

背景技術(shù)：

1、以廢水和廢氣為營(yíng)養(yǎng)源，利用微型藻類（以下簡(jiǎn)稱微藻）的光合系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能進(jìn)而合成油質(zhì)、氫氣、乙醇等生物能源，能夠?qū)崿F(xiàn)固碳-減排-產(chǎn)能三者的有機(jī)結(jié)合。然而，微藻光合系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近億年的進(jìn)化已高度穩(wěn)定，提高其本身的光能轉(zhuǎn)化效率十分困難。

2、微藻光合作用的過(guò)程是通過(guò)收集光能并在光合系統(tǒng)ii（psii）的中心釋放電子將光能轉(zhuǎn)化為電能而開(kāi)始的。然后，釋放的電子通過(guò)一系列電子載體被轉(zhuǎn)移到還原酶上進(jìn)行各種生化過(guò)程，包括co2固定、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和脂質(zhì)合成。同時(shí)，光合作用產(chǎn)生的質(zhì)子可以驅(qū)動(dòng)生成三磷酸腺苷，作為微藻生長(zhǎng)和脂質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵能量底物。因此，改善微藻psii的光能收集和轉(zhuǎn)化將提高這些過(guò)程的效率。研究表明，可以通過(guò)構(gòu)建誘變、新藻株選擇和基因工程等多種生物學(xué)方法提高微藻psii捕集和轉(zhuǎn)化光能的效率。然而，由于微藻光合系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化后已經(jīng)變得非常穩(wěn)定，從微藻本身出發(fā)提高光合效率已十分艱難，有必要開(kāi)發(fā)胞外輔助技術(shù)以進(jìn)一步提高微藻光合效率，為早日實(shí)現(xiàn)微藻生物能源的大規(guī)模生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

3、在此背景下，開(kāi)發(fā)該微藻光合系統(tǒng)的細(xì)胞外輔助技術(shù)對(duì)于改善微藻生長(zhǎng)和脂質(zhì)生產(chǎn)具有重要價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)的目的在于提供一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，具體通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)：

2、一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，該方法采用以下步驟：

3、s1:將天然半導(dǎo)體浸泡在混合液體中，以除去天然半導(dǎo)體礦物表面的微生物和金屬氧化物雜質(zhì)；

4、s2：用蒸餾水清洗經(jīng)過(guò)除雜后的天然半導(dǎo)體3-5次，清洗后30-60℃的溫度條件下烘干；

5、s3：使用超微粉碎儀將烘干后的天然半導(dǎo)體礦物研磨成顆粒，過(guò)400目篩，得到天然半導(dǎo)體礦物微粒，備用；

6、s4：將天然半導(dǎo)體礦物微粒轉(zhuǎn)入無(wú)水乙醇水中，使用超聲波分散均勻，向無(wú)水乙醇中加入六偏磷酸鈉和3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯，連續(xù)攪拌條件下反應(yīng)，離心、收集沉淀，將沉淀烘干，得到改性微粒；

7、s5：將改性微粒按照一定比例加入到微藻的培養(yǎng)液中，加入季銨鹽類表面活性劑，獲得微藻混合培養(yǎng)液；

8、s6：將微藻混合培養(yǎng)液置于適于微藻生長(zhǎng)的環(huán)境條件下，采用連續(xù)光照培養(yǎng)，培養(yǎng)微藻至藻細(xì)胞密度達(dá)到最大值；

9、s7：將微藻混合培養(yǎng)液離心，收集藻細(xì)胞，將藻細(xì)胞重新接種于低氮元素培養(yǎng)液或者低硫元素培養(yǎng)液中，誘導(dǎo)微藻合成生物能源。

10、進(jìn)一步地，天然半導(dǎo)體包括鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦中的任一種。

11、進(jìn)一步地，s1中混合液體包括1?mol/l的硝酸水溶液、1?mol/l的naoh水溶液、95%乙酸乙酯水溶液（v/v）和80%（v/v）乙醇水溶液，天然半導(dǎo)體浸泡在混合液體中的時(shí)間為1-3h。

12、進(jìn)一步地，s4中六偏磷酸鈉的質(zhì)量濃度w/v為1-3%，3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯的質(zhì)量濃度w/v為2-5%，反應(yīng)時(shí)間為0.5-3h，離心條件為：6000-8000?轉(zhuǎn)/分，10?min，4℃，烘干溫度為30-60℃。

13、進(jìn)一步地，s5中微粒與微藻干重的質(zhì)量比為1:10-100，季銨鹽類表面活性劑采用十二烷基二甲基芐基氯化銨，加入量為使表面活性劑的終濃度為0.01-0.1?mg/l。

14、進(jìn)一步地，微藻選用綠藻或藍(lán)藻，包括但不限于萊茵衣藻、蛋白核小球藻、索羅金小球藻、螺旋藻、柵藻，綠藻類微藻生長(zhǎng)的環(huán)境溫度為25-28℃，藍(lán)藻類微藻生長(zhǎng)的環(huán)境溫度為30-35℃。

15、進(jìn)一步地，s6中光照培養(yǎng)的光照強(qiáng)度為50-250?μmol/cm2/sec。

16、進(jìn)一步地，s7中離心的條件為6000-8000?轉(zhuǎn)/分，10?min，4℃，低氮元素培養(yǎng)液是指總氮濃度＜10?mg/l的培養(yǎng)液，低硫元素培養(yǎng)液指總硫濃度小于1?mg/l的培養(yǎng)液。

17、進(jìn)一步地，生物能源包括但不限于生物油質(zhì)、生物氫能、生物乙醇、生物甲烷。

18、本發(fā)明通過(guò)將具有光電轉(zhuǎn)化功能的天然半導(dǎo)體礦物依次經(jīng)過(guò)除雜、研磨、過(guò)篩，將天然半導(dǎo)體礦物微粒經(jīng)化學(xué)改性，提高天然半導(dǎo)體礦物的親脂性，將改性后的天然半導(dǎo)體礦物顆粒與微型藻類共培養(yǎng)，加入誘導(dǎo)劑，誘導(dǎo)微型藻類合成、分泌更多胞外聚合物，將天然半導(dǎo)體礦物黏附于微型藻類體表，同時(shí)利用天然半導(dǎo)體礦物的親脂性官能團(tuán)與微藻膜脂搭建化學(xué)關(guān)聯(lián)。天然半導(dǎo)體礦物將光能轉(zhuǎn)化成電能，轉(zhuǎn)化電能傳遞給微型藻類，微型藻類將轉(zhuǎn)化電能作為額外補(bǔ)充能量合成更多生物油質(zhì)、氫氣、乙醇、甲烷等生物能源，提高微藻生產(chǎn)生物能源的效能。

技術(shù)特征：

1.一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，該方法采用以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，天然半導(dǎo)體包括鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦中的任一種。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，s1中混合液體包括1?mol/l的硝酸水溶液、1?mol/l的naoh水溶液、95%乙酸乙酯水溶液（v/v）和80%（v/v）乙醇水溶液，天然半導(dǎo)體浸泡在混合液體中的時(shí)間為1-3h。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，s4中六偏磷酸鈉的質(zhì)量濃度w/v為1-3%，3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯的質(zhì)量濃度w/v為2-5%，反應(yīng)時(shí)間為0.5-3h，離心條件為：6000-8000?轉(zhuǎn)/分，10?min，4℃，烘干溫度為30-60℃。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，s5中微粒與微藻干重的質(zhì)量比為1:10-100，季銨鹽類表面活性劑采用十二烷基二甲基芐基氯化銨，加入量為使表面活性劑的終濃度為0.01-0.1?mg/l。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，微藻選用綠藻或藍(lán)藻，包括但不限于萊茵衣藻、蛋白核小球藻、索羅金小球藻、螺旋藻、柵藻，綠藻類微藻生長(zhǎng)的環(huán)境溫度為25-28℃，藍(lán)藻類微藻生長(zhǎng)的環(huán)境溫度為30-35℃。

7.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，s6中光照培養(yǎng)的光照強(qiáng)度為50-250?μmol/cm2/sec。

8.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，s7中離心的條件為6000-8000?轉(zhuǎn)/分，10?min，4℃，低氮元素培養(yǎng)液是指總氮濃度＜10?mg/l的培養(yǎng)液，低硫元素培養(yǎng)液指總硫濃度小于1?mg/l的培養(yǎng)液。

9.如權(quán)利要求1所述的一種基于天然半導(dǎo)體礦物-微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，其特征在于，生物能源包括但不限于生物油質(zhì)、生物氫能、生物乙醇、生物甲烷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種基于天然半導(dǎo)體礦物?微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體生產(chǎn)生物能源的方法，該方法將具有光電轉(zhuǎn)化功能的天然半導(dǎo)體礦物依次經(jīng)過(guò)除雜、研磨、過(guò)篩，獲得天然半導(dǎo)體礦物微粒，將微粒進(jìn)行親脂性改性，改性后的微粒與微型藻類共培養(yǎng)，誘導(dǎo)微型藻類合成更多胞外聚合物，將微粒黏附于微型藻類體表，同時(shí)利用微粒的親脂性官能團(tuán)與微型藻類膜脂搭建物理化學(xué)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建天然半導(dǎo)體礦物?微型藻類光電轉(zhuǎn)化復(fù)合體。復(fù)合體中天然半導(dǎo)體礦物將光能轉(zhuǎn)化成電能，所轉(zhuǎn)化的電能通過(guò)物理化學(xué)關(guān)聯(lián)被傳遞給微型藻類，微型藻類將接受到的轉(zhuǎn)化電能作為額外補(bǔ)充能量合成更多生物油質(zhì)、氫氣、乙醇、甲烷等清潔生物能源，提高微型藻類生產(chǎn)清潔生物能源的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉俊稚,張志偉,葛亞明,徐煒?lè)?葉汪洋,陳慶國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6