一种岩溶碳汇资源化利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种岩溶碳汇资源化利用的方法，属于岩溶碳汇资源化利用技术领域。所述岩溶碳汇资源化利用的方法，包括如下步骤：步骤1：岩溶区微藻的筛选；步骤2：微藻产油性能评估；步骤3：岩溶碳汇的转化；步骤4：油脂的收集利用。本发明专利技术以岩溶区筛选的产油微藻为生物材料，利用岩溶作用产生的富含高浓度无机碳的岩溶水培养微藻，通过藻类光合作用将岩溶作用固定的大气CO2转化为具有经济效益的生物柴油，从而实现岩溶碳汇基础理论研究向资源化利用的重大突破。

A Method of Utilizing Karst Carbon Sequestration Resources

The invention discloses a method for resource utilization of karst carbon sinks, which belongs to the technical field of resource utilization of karst carbon sinks. The method for resource utilization of karst carbon sinks includes the following steps: step 1: screening of microalgae in Karst area; step 2: evaluation of oil production performance of microalgae; step 3: conversion of karst carbon sinks; step 4: collection and utilization of oil. The present invention takes oil-producing microalgae screened in karst area as biological material, uses karst water rich in inorganic carbon produced by karstification to cultivate microalgae, and transforms atmospheric CO2 fixed by karstification into biodiesel with economic benefits through algae photosynthesis, thus realizing a major breakthrough from basic theory of karst carbon sequestration to resource utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶碳汇资源化利用的方法
本专利技术涉及一种岩溶碳汇资源化利用的方法，属于岩溶碳汇资源化利用

技术介绍
岩溶作用是发生在开放系统中的一种三相不平衡过程。以全球为尺度，岩溶作用是全球碳、水、钙循环的一部分，通过岩石圈、水圈、大气圈耦连三者。当碳酸盐岩发生溶蚀时，岩溶表现为碳汇效应：碳酸盐岩是地球上最大的碳库，占全球总碳量的99.55％，分别是海洋和陆地植被总碳量的1694和1.1×106倍。现代岩溶学研究表明，岩溶作用积极参与全球碳循环。在全球范围内碳酸盐岩面积为2.2×107km2，约占陆地面积的15％。我国是岩溶大国，其面积约3.44×106km2，约占国土面积的1/3。通过国际地质对比计划(InternationalGeologicalCorrelationProgrammes，IGCP)研究表明，全球和我国每年因碳酸盐岩溶蚀回收大气CO2的量分别为2.2×108-6.08×108吨和1.77×107吨。携带大量无机碳的岩溶水对水生微藻的生长具有显著的促进作用。在岩溶水环境下，单生卵囊藻利用HCO3-的能力比非岩溶水环境高4.78倍。因此，岩溶水为微藻的生长创造良好的环境。然而多年来关于岩溶碳循环的研究仅限于基础理论方面，在岩溶碳汇资源化利用方面缺少突破。国外利用微藻制备生物柴油的研究较早，其中规模较大的研究是1978-1996年由美国能源部资助的“AquaticSpeciesProgram(ASP)”项目，最近美国能源部又资助了一项名为“BiomassProgram”的项目，该项目19％的资金用于藻类生物柴油开发。日本政府也资助了一项名为“地球研究更新技术计划”的项目，该项目共投资约25亿美元，筛选出多株耐受高CO2浓度、生长速度快、生物量高的藻种。近两年许多国际上能源生产巨头公司如壳牌石油、英国石油公司、美国埃克森美孚等都加入到微藻能源的研发行列中并投入了大量资金。微藻具有生长周期短、易工业化培养以及脂类物质含量高等优点，是制备生物柴油的良好材料，以微藻制备生物柴油已成为当前的研究热点。但目前，全球范围内尚未见利用岩溶碳汇制备生物柴油的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种岩溶碳汇资源化利用的方法。本专利技术以岩溶区筛选的产油微藻为生物材料，利用岩溶作用产生的富含高浓度无机碳的岩溶水培养微藻，通过藻类光合作用将岩溶作用固定的大气CO2转化为具有经济效益的生物柴油，从而实现岩溶碳汇基础理论研究向资源化利用的重大突破。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种岩溶碳汇资源化利用的方法，包括如下步骤：步骤1：岩溶区微藻的筛选收集岩溶水体中的微藻，再取该微藻所处的原岩溶水，用于浸泡该微藻，于4℃保存，得到藻原液；采用浓度梯度稀释法，对藻原液进行分离纯化，得到多个纯藻种，并分别确定其种属；步骤2：微藻产油性能评估将步骤1得到的多个纯藻种，分别置于其相对应的培养液中，进行光照恒温扩大培养，离心收集藻细胞，再真空冷冻干燥，分别获得多个纯藻种的冻干藻粉；利用超声波辅助乙酸乙酯-正己烷法，提取上述多个纯藻种冻干藻粉中的油脂，并分别计算上述多个纯藻种的产油率，筛选出产油率最高的藻种，命名为藻种K；步骤3：岩溶碳汇的转化取岩溶水，抽滤，在抽滤液里加入营养盐，配制得到微藻种K的培养液；取处于对数生长期的步骤2得到的藻种K，按体积比10％-15％接种于微藻种K的培养液中，进行光照恒温扩大培养，离心收集藻细胞，再真空冷冻干燥，获得该藻种K的冻干藻粉；步骤4：油脂的收集利用利用超声波辅助乙酸乙酯-正己烷法，提取步骤3得到的藻种K的冻干藻粉中的油脂，并用于制备生物柴油。本专利技术的原理：水是岩溶生态系统的重要中间介质，岩溶作用将吸收的大气/土壤的CO2以HCO3-的形式带入水体从而提高了岩溶水体无机碳含量，富含高浓度无机碳的岩溶水能极大的促进微藻细胞的生长繁殖。因此，利用产油微藻的光合作用将岩溶作用固定的大气/土壤的CO2转化为自身的有机质从而固定碳元素，通过细胞次级代谢过程使碳物质转化为油脂，最终利用物理、化学的方法收集油脂，从而用于大规模制备生物柴油。本专利技术的步骤1中，纯藻种的种属的鉴定，参照《中国淡水藻类——系统分类及生态》(胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类——系统分类及生态[M].北京：科学出版社，2006)。本专利技术的步骤2中，纯藻种相对应的培养液，参照《中国科学院淡水藻种库》(http://algae.ihb.ac.cn/Default.aspx)。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，步骤1中，所述收集岩溶水体中微藻的具体方法是：在岩溶水体中，用浮游生物网划“∞”字，或者用软毛刷从沉水植物叶面、挺水植物茎表或者石块上刮取微藻，再用浮游生物网过滤后，转移至聚乙烯瓶中。采用上述更进一步的有益效果是：可以实现从岩溶水体的上、中、下三层立体、全面的收集水生微藻。上述沉水植物，是指植物体全部位于水层下面营固着生活的大形水生植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。这类植物的叶子大多为带状或丝状，如苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等。挺水植物，即植物的根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面；其常分布于0-1.5m的浅水处，其中有的种类生长于潮湿的岸边。这类植物在空气中的部分，具有陆生植物的特征；生长在水中的部分(根或地下茎)，具有水生植物的特征。常见有芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、茭白荀、荷花、香蒲等。一般而言，聚乙烯瓶收集到微藻后，先于4℃保存，然后迅速运回实验室，进行后续的操作。更进一步，所述浮游生物网的孔径为25号。孔径为25号，即孔径为64μm。进一步，步骤2中，所述相对应的培养液，按照“中国科学院淡水藻种库”，网址为http://algae.ihb.ac.cn/Default.aspx进行。进一步，步骤2中，所述产油率的计算方法为：产油率＝M/N×100％，式中，N为冻干藻粉的质量(g)；M为油脂的质量(g)。进一步，步骤2和步骤3中，所述离心的速度为10000-12000r/min，离心的时间为10min；所述真空冷冻干燥的温度为-55℃，真空度为5Pa，时间为12h。采用上述更进一步的有益效果是：采用上述参数，可以充分收集藻细胞，并使其脱水完全，便于后续油脂的提取。进一步，步骤3中，所述岩溶水中无机碳的含量为3-5mmol/L；所述抽滤的具体参数为：滤膜的孔径为0.22μm，压强为0.098MPa，抽气量10L/min；所述微藻种K的培养液为1L体积中含有1.5g的NaNO3、0.04g的KH2PO4、0.075g的MgSO4·7H2O、0.036g的CaCl2·2H2O、0.006g的柠檬酸、0.006g的柠檬酸铁铵、0.001g的EDTANa2、0.02g的Na2CO3、1mL的A5微量元素液，余量为岩溶水。采用上述进一步的有益效果是:微藻种K的培养液，跟现有技术的不同之处在于采用岩溶水代替蒸馏水，得到的培养液因富含高浓度无机碳而对微藻种K的生长具有极大的促进作用。更进一步，所述A5微量元素液的组成为2.86g/L的H3BO3，1.86g/L的MnCl2·4H2O，0.22g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩溶碳汇资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：岩溶区微藻的筛选收集岩溶水体中的微藻，再取该微藻所处的原岩溶水，用于浸泡该微藻，于4℃保存，得到藻原液；采用浓度梯度稀释法，对藻原液进行分离纯化，得到多个纯藻种，并分别确定其种属；步骤2：微藻产油性能评估将步骤1得到的多个纯藻种，分别置于其相对应的培养液中，进行光照恒温扩大培养，离心收集藻细胞，再真空冷冻干燥，分别获得多个纯藻种的冻干藻粉；利用超声波辅助乙酸乙酯‑正己烷法，提取上述多个纯藻种冻干藻粉中的油脂，并分别计算上述多个纯藻种的产油率，筛选出产油率最高的藻种，命名为藻种K；步骤3：岩溶碳汇的转化取岩溶水，抽滤，往抽滤后的岩溶水中加入营养盐，配制得到藻种K的培养液；取处于对数生长期的步骤2得到的藻种K，按体积比10％‑15％接种于藻种K的培养液中，进行光照恒温扩大培养，离心收集藻细胞，再真空冷冻干燥，获得该藻种K的冻干藻粉；步骤4：油脂的收集利用超声波辅助乙酸乙酯‑正己烷法，提取步骤3得到的藻种K的冻干藻粉中的油脂，并用于制备生物柴油。

【技术特征摘要】
1.一种岩溶碳汇资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：岩溶区微藻的筛选收集岩溶水体中的微藻，再取该微藻所处的原岩溶水，用于浸泡该微藻，于4℃保存，得到藻原液；采用浓度梯度稀释法，对藻原液进行分离纯化，得到多个纯藻种，并分别确定其种属；步骤2：微藻产油性能评估将步骤1得到的多个纯藻种，分别置于其相对应的培养液中，进行光照恒温扩大培养，离心收集藻细胞，再真空冷冻干燥，分别获得多个纯藻种的冻干藻粉；利用超声波辅助乙酸乙酯-正己烷法，提取上述多个纯藻种冻干藻粉中的油脂，并分别计算上述多个纯藻种的产油率，筛选出产油率最高的藻种，命名为藻种K；步骤3：岩溶碳汇的转化取岩溶水，抽滤，往抽滤后的岩溶水中加入营养盐，配制得到藻种K的培养液；取处于对数生长期的步骤2得到的藻种K，按体积比10％-15％接种于藻种K的培养液中，进行光照恒温扩大培养，离心收集藻细胞，再真空冷冻干燥，获得该藻种K的冻干藻粉；步骤4：油脂的收集利用超声波辅助乙酸乙酯-正己烷法，提取步骤3得到的藻种K的冻干藻粉中的油脂，并用于制备生物柴油。2.根据权利要求1所述的一种岩溶碳汇资源化利用的方法，其特征在于，步骤1中，所述收集岩溶水体中微藻的具体方法是：在岩溶水体中，用浮游生物网划“∞”字，或者用软毛刷从沉水植物叶面、挺水植物茎表或者石块上刮取微藻，再用浮游生物网过滤后，转移至聚乙烯瓶中。3.根据权利要求2所述的一种岩溶碳汇资源化利用的方法，其特征在于，所述浮游生物网的孔径为25号。4.根据权利要求1所述的一种岩溶碳汇资源化利用的方法，其特征在于，步骤2中，所述相对应的培养液，按照“中国科学院淡水藻种库”，网址为http://algae.ihb.ac.cn/Default.aspx进行。5.根据权利要求1所述的一种岩溶碳汇资源化利用的方法，其特征在于，步骤2中，所述产油率的计算方法为：产油率＝M/N×100％，式中，N为冻干藻粉的质量(g)；M为油脂的质量(g)。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培，白冰，曹建华，
申请(专利权)人：中国地质科学院岩溶地质研究所，
类型：发明
国别省市：广西,45