烟气CO2溶解传质及光合转化促进微藻生长固碳产油研究

论文摘要

微藻生物法减排燃煤烟气CO2对于缓解温室效应和发展低碳经济具有重要意义。但目前微藻固碳产业尚处于起步阶段,存在一些技术瓶颈如烟气CO2在水中溶解度较低以及微藻光合效率有限等需要解决。本文利用聚乙二醇（PEG 200）强化烟气CO2溶解传质提高了微藻生长固碳速率,采用柠檬酸铁铵（AFC）促进烟气CO2光合转化增强了微藻固碳和油脂积累,建立循环流动式光合反应器中试系统优化调控提高了微藻生长固碳速率。利用聚乙二醇强化烟气CO2从气相到液相的溶解传质促进了微藻细胞生长固碳。纯培养基本身溶解的总无机碳含量为5.6 m M,当培养基中添加的聚乙二醇浓度从0.5 m M上升到4 m M时,聚乙二醇额外吸附的CO2量从0.6 m M增加到4.8 m M。微拟球藻的比生长速率和固碳速率均随着聚乙二醇浓度增加先升高后降低,当聚乙二醇浓度为1 m M时比生长速率和固碳速率分别提高了21.5%和18.2%,均达到最高分别为1.41 d-1和0.31 g/L/d。微观测试表明,当聚乙二醇浓度为1 m M时培养得到的藻细胞直径降低了10.2%,表面分形维数提高了3.8%,壁厚增加了25.5%,淀粉粒和脂滴含量分别增加了34.6%和199.7%。微拟球藻收获时的油脂含量和产量分别提高到38.3%和0.44 g/L。采用柠檬酸铁铵促进烟气CO2光合转化增强了微藻固定烟气CO2转化积累油脂产量。雨生红球藻在绿色生长阶段的生物质干重和色素含量均随柠檬酸铁铵浓度增加先升后降,当柠檬酸铁铵浓度为5μM时得到生物质干重提高了13%达到1.1 g/L,叶绿素和类胡萝卜素分别提高了23%和10%达到98 mg/L和12 mg/L。雨生红球藻在红色产油阶段的生物质干重也是随柠檬酸铁铵浓度增加先升后降,当柠檬酸铁铵浓度为0.5μM时得到生物质干重提高了19%达到3.14 g/L,淀粉粒含量提高了36%达到16%。光合作用测试表明:Fe3+和NH4+提高了雨生红球藻的光合反应中心数目和光系统Ⅱ的光能捕获效率,从而增强了光合生长固定CO2能力。雨生红球藻生长积累的油脂和虾青素含量与柠檬酸铁铵浓度呈正相关,当添加5μM柠檬酸铁铵时分别提高到41.1%和19.7 mg/g。原因是适量Fe3+催化了细胞内Haber-Weiss反应将低活性氧转变成高活性氧,从而诱导雨生红球藻富集更多脂肪酸和虾青素。建立循环流动式光合反应器中试系统,优化调控CO2浓度提高了雨生红球藻生长固碳速率和虾青素含量。15%CO2条件下雨生红球藻在绿色生长阶段的固碳峰值速率比9%CO2条件下提高了29.8%达到0.64 g/L/d,在红色产油阶段的生物质干重比9%CO2条件下提高了36.6%达到1.38 g/L。循环流动式光生物反应器能有效提高雨生红球藻在培养液中的混合均匀度,减少雨生红球藻细胞在柱式反应器中的沉积问题,故有利于产业化工程应用。

论文目录

• 致谢
• 前言
• 摘要
• Abstract
• 英文缩略表
• 1 绪论
• 2微藻生物法减排的背景意义'>  1.1 烟气CO₂微藻生物法减排的背景意义
• 2微藻生物法减排的研究现状'>  1.2 烟气CO₂微藻生物法减排的研究现状
•     1.2.1 提高碳源溶解度
•     1.2.2 调控培养基成分
•     1.2.3 优化规模化培养工艺
•   1.3 本文研究目的与研究内容
•     1.3.1 研究目的
•     1.3.2 研究内容
• 2 实验仪器与测试方法
•   2.1 藻种与培养基
•     2.1.1 雨生红球藻株及其培养基
•     2.1.2 微拟球藻株及其培养基
•   2.2 实验仪器与设备
•   2.3 实验材料与测试方法
• 2的吸附特性测试'>    2.3.1 聚乙二醇对CO₂的吸附特性测试
•     2.3.2 培养基营养盐浓度测试
•     2.3.3 微藻细胞表面形态和超微结构测试
•     2.3.4 超氧化物歧化酶（SOD）含量测试
•     2.3.5 微藻生长及其细胞成分测试
• 2溶解传质促进微藻生长固碳产油'>3 聚乙二醇强化烟气CO₂溶解传质促进微藻生长固碳产油
•   3.1 引言
• 2的吸附作用'>  3.2 纯培养基中聚乙二醇对CO₂的吸附作用
• 2速率的影响'>  3.3 聚乙二醇对细胞生长和固定CO₂速率的影响
• 2自由扩散进入藻细胞'>    3.3.1 聚乙二醇促进CO₂自由扩散进入藻细胞
•     3.3.2 聚乙二醇提高微藻生长和固碳速率
•     3.3.3 叶绿素的合成和营养盐的利用
•   3.4 聚乙二醇促进细胞生长的表面形态和超微结构
•     3.4.1 藻细胞分形维数、细胞直径和壁厚的变化
•     3.4.2 藻细胞淀粉粒和脂滴的变化
•   3.5 聚乙二醇促进微拟球藻生长富集油脂
•   3.6 小结
• 2光合转化促进微藻生长固碳产油'>4 柠檬酸铁铵强化烟气CO₂光合转化促进微藻生长固碳产油
•   4.1 引言
•   4.2 柠檬酸铁铵促进雨生红球藻绿色阶段生长固碳
•     4.2.1 柠檬酸铁铵促进绿色细胞生物质积累
•     4.2.2 柠檬酸铁铵影响绿色细胞色素富集
•     4.2.3 柠檬酸铁铵促进绿色细胞生长的光合特性
•   4.3 柠檬酸铁铵提高雨生红球藻红色阶段生物质积累
•     4.3.1 柠檬酸铁铵促进红色细胞生物质积累
•     4.3.2 柠檬酸铁铵促进红色细胞生长的光合特性
•   4.4 柠檬酸铁铵促进红色细胞生长的表面形态和超微结构
•   4.5 柠檬酸铁铵促进雨生红球藻同时富集油脂和虾青素
•   4.6 小结
• 5 优化调控生长条件同时提高微藻生长固碳速率和虾青素含量
•   5.1 引言
•   5.2 雨生红球藻固碳的中试技术工艺
•   5.3 绿色阶段优化调控促进雨生红球藻生长固碳
• 2的利用'>    5.3.1 绿色阶段藻细胞对CO₂的利用
• 2浓度影响绿色细胞生长固碳'>    5.3.2 CO₂浓度影响绿色细胞生长固碳
•     5.3.3 硝态氮浓度影响绿色细胞生长固碳
•   5.4 红色阶段优化调控促进雨生红球藻虾青素积累
•     5.4.1 雨生红球藻对营养盐的利用
• 2浓度影响红色阶段虾青素积累'>    5.4.2 CO₂浓度影响红色阶段虾青素积累
•     5.4.3 硝态氮浓度影响红色阶段虾青素积累
•   5.5 雨生红球藻光合生长和虾青素积累的中试研究
•   5.6 小结
• 6 全文总结与展望
•   6.1 主要研究成果
•   6.2 创新点
•   6.3 不足与展望
• 参考文献
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐晓丹

导师: 程军,刘建忠

关键词: 微藻,固碳,生物质,溶解传质,光合转化

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 浙江大学

基金: 国家自然科学

分类号: Q945.11

总页数: 117

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