池系統(tǒng)的啟動(dòng)
[0019] 本實(shí)用新型提出的電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸系統(tǒng)的啟 動(dòng)過程如下：
[0020] ①電活性甲烷氧化菌的富集
[0021] 電活性甲烷氧化菌培養(yǎng)基1組成(每升溶液含):Mn02 5 g，F(xiàn)e (0H) 3 5 g ;NaHC03 2. 5 g ;NH4C1 0? 25 g ;NaH2P04 ? H20 0? 6 g ;KC10. 1 g ;Wolfe 微量維生素溶液 10 mL ;Wolfe 微 量礦物元素溶液10 mL ;pH=7. 0。
[0022] 電活性甲烷氧化菌培養(yǎng)基2組成(每升溶液含）：NaHC03 2. 5 g;NH4Cl 0. 25 g; NaH2P04，H20 0. 6 g;KC10. 1 g;Wolfe微量維生素溶液10 mL;Wolfe微量礦物元素溶液10 mL ;pH=7. 0〇
[0023] Wolfe微量維生素溶液組成：生物素2. 0 mg ;葉酸2. 0 mg ;維生素B6鹽酸鹽 10. 0 mg ;鹽酸硫胺素5. 0 mg ;核黃素5. 0 mg ;煙酸5. 0 mg ;D-泛酸媽5. 0 mg ;維生素B12 0. 1 mg ;對氨基苯甲酸5. 0 mg ;硫辛酸5. 0 mg ;去離子水1. 0 L。
[0024] Wolfe微量礦物元素溶液組成：氨三乙酸1. 5 g ;MgS04 ? 7H20 3. 0 g ;MnS04 ? H20 0. 5 g ；NaCl 1. 0 g ；FeS04 ? 7H20 0. 1 g ；CoCl2 ? 6H20 0. 1 g ；CaCl2 0. 1 g ；ZnS04 ? 7H20 0. 1 g ;CuS04 ? 5H20 0? 01 g ;A1K(S04)2 ? 12H20 0? 01 g ;H3B03 0? 01 g ;Na2Mo04 ? 2H20 0? 01 g ;去 離子水1. 0 L。
[0025] 電活性甲燒氧化菌培養(yǎng)基1利用隊(duì)與(：02體積比為80:20的混合氣除去培養(yǎng)基中 的氧氣后，分裝入250 mL厭氧培養(yǎng)瓶中密封，于121°C濕熱滅菌20 min后（Wolfe微量維 生素混合液、微量礦物元素混合液應(yīng)過濾滅菌后最后加入)，以青島白沙河入?？谔幹谐练e 物(沉積物與水體交界面以下5 cm的沉積物）為接種物，接種沉積物污泥量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為 10%，連續(xù)不斷鼓充CH4(30 mL/min)，以未接種為空白對照，于30° C靜置避光厭氧培養(yǎng)，定時(shí) 取樣，用可見分光光度計(jì)測Mn2+和Fe2+濃度。經(jīng)過15 d的厭氧避光培養(yǎng)，菌液逐漸變得渾 濁，厭氧管中的棕紅色Fe (0H) 3顆粒逐漸變?yōu)楹谏w粒，此時(shí)認(rèn)為已從厭氧沉積物污泥中分 離篩選出電活性甲烷氧化菌。以初步富集獲得的電活性甲烷氧化菌為接種物進(jìn)一步富集、 分離篩選電活性甲烷氧化菌。
[0026] ②生物陽極制作
[0027] 以富集、分離篩選電活性甲烷氧化菌為接種物，電活性甲烷氧化菌培養(yǎng)基2經(jīng)N 2/ CCV混合氣(體積比為80:20)除去培養(yǎng)基中的氧氣，然后接種物與電活性甲烷氧化菌培養(yǎng)基 2按1:9 (v/v)的比例接種單室微生物電解池，連續(xù)不斷鼓充CH4 (30 mL/min)。單室微生 物電解池為批次操作，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后按上述比例加入接種物與電活性甲烷氧化菌培養(yǎng)基 2的混合液。直流穩(wěn)壓電源1的電壓固定為-0. 9 V，定期對單室微生物電解池的電流數(shù)據(jù) 進(jìn)行采樣，待單室微生物電解池的電流最大且穩(wěn)定后，認(rèn)為在陽極電極表面充分附著了電 活性甲烷氧化菌，此時(shí)生物陽極極的制作完成。
[0028] (3)電活性甲烷氧化菌催化氧化甲烷產(chǎn)甲醇或甲酸
[0029] 待生物陽極制作完成后，將電活性甲烷氧化菌培養(yǎng)基2除去氧氣后置于單室微生 物電解池內(nèi)，同時(shí)不斷鼓充CH 4 (30 mL/min)，同時(shí)直流穩(wěn)壓電源1的電壓固定為-0.6 V。 陽極電極7表面附著的電活性甲烷氧化菌氧化CH4產(chǎn)生CH 30H的同時(shí)產(chǎn)生H+及電子，同時(shí) 在電輔助及陰極催化劑作用下，產(chǎn)生的H+及電子在陰極電極表面結(jié)合生成H 2。甲烷轉(zhuǎn)化為 甲醇的轉(zhuǎn)化率可達(dá)65%，庫侖效率可達(dá)95%。具體化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0030] 陽極電I
[0031]陰極電極 2/T+2nH2
[0032] 直流穩(wěn)壓電源1的電壓固定為-0.9 V時(shí)，陽極電極7表面附著的電活性甲烷氧化 菌氧化CH4產(chǎn)生HC00H的同時(shí)產(chǎn)生H+及電子，同時(shí)在電輔助及陰極催化劑作用下，產(chǎn)生的H + 及電子在陰極電極表面結(jié)合生成H2。甲烷轉(zhuǎn)化為甲酸的轉(zhuǎn)化率可達(dá)70%，庫侖效率可達(dá)95%。 具體化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
[0033] 陽極電7
[0034] 陰極電極6丑+ + 6廠4 3H2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置，其特征在于，所述 裝置包括單室微生物電解池，在單室微生物電解池內(nèi)分別放置陽極電極和陰極電極，陽極 電極和陰極電極通過導(dǎo)線分別與穩(wěn)壓電源的高電位端和低電位端連接，陽極電極表面附著 有電活性甲烷氧化菌，陰極電極為鍍鉑鈦網(wǎng)電極；微生物電解池陽極電極表面附著的電活 性甲烷氧化菌代謝甲烷產(chǎn)生甲醇或甲酸的同時(shí)產(chǎn)生H+和電子，同時(shí)在電輔助及陰極催化劑 作用下，產(chǎn)生的H+及電子在陰極電極表面結(jié)合產(chǎn)生H2;所述裝置通過控制微生物電解池陰 極電位來控制電活性甲烷氧化菌脫氫酶活性和甲烷的氧化程度，進(jìn)而在獲得化工產(chǎn)品甲醇 或甲酸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)維持電活性甲烷氧化菌的活性與穩(wěn)定性；所述單室微生物電解池殼體采 用有機(jī)玻璃、PVC、玻璃或混凝土材質(zhì)制成。2. 如權(quán)利要求1所述的一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝 置，其特征在于，所述的陽極電極為碳布、顆粒石墨、網(wǎng)狀玻璃碳、顆粒活性炭或碳纖維刷， 且在陽極電極表面附著電活性甲烷氧化菌。3. 如權(quán)利要求1所述的一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝 置，其特征在于，所述的陰極電極為碳布、顆粒石墨、網(wǎng)狀玻璃碳、顆?；钚蕴炕蛱祭w維刷， 且陰極電極的表面用Pt修飾。4. 如權(quán)利要求1所述的一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝 置，其特征在于，設(shè)定陰極電極電位為-0. 2V~-2.OV。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種電輔助電活性甲烷氧化菌催化甲烷生成甲醇或甲酸的裝置，其包括單室微生物電解池，利用單室微生物電解池控制氧化還原電位控制電活性甲烷氧化菌脫氫酶活性，在獲得化工產(chǎn)品甲醇或甲酸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)維持電活性甲烷氧化菌的活性與穩(wěn)定性。微生物電解池陽極電極表面附著的電活性甲烷氧化菌代謝甲烷產(chǎn)生甲醇或甲酸的同時(shí)產(chǎn)生H+和電子，同時(shí)在電輔助及陰極催化劑作用下，產(chǎn)生的H+及電子在陰極電極表面結(jié)合產(chǎn)生H2。該裝置可解決傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)合成甲醇或甲酸能耗高與陰極催化劑效率低的問題，以及防止生物催化氧化甲烷生成甲醇或甲酸過程中甲醇和甲酸進(jìn)一步深度氧化為CO2。
【IPC分類】C12M1/42, C12M1/00
【公開號(hào)】CN204625647
【申請?zhí)枴緾N201520118089
【發(fā)明人】蔣海明, 李俠, 張金山, 司萬童, 潘建剛
【申請人】內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年2月27日