一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，涉及可再生能源和生物质能源以及化工原料生产技术领域，上述微生物固定二氧化碳通过利用微生物发酵过程，碳化合物不完全氧化产生有机酸和/或醇化合物；以及，在固定化酶作为催化剂条件下有机酸与有机醇通过酯化反应生成酯基化合物；上述固定化酶用固定化载体材料包括壳聚糖微球或表面修饰壳聚糖微球；其中，表面修饰壳聚糖微球活性官能团至少包括羟基、氨基、羧基、环氧基。本发明专利技术提供的方法能够实现对二氧化碳混合气体直接固定处理，通过微生物发酵转化生成有机质，其产物总碳浓度明显增加，且进一步提升有机酸和醇酯化反应的酯转化率，产物附加值明显提高。产物附加值明显提高。产物附加值明显提高。

【技术实现步骤摘要】
一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法


[0001]本专利技术属于可再生能源和生物质能源以及化工原料生产
，具体涉及一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法。

技术介绍

[0002]人类活动造成大气二氧化碳(CO2)浓度不断升高，使当今世界面临着气候变化的重大危机。微生物CO2固定为实现地球“碳中和”提供了一条有前景的绿色发展路线。另一方面，由于化石能源面临枯竭，而CO2是一种潜在的碳资源，对CO2的利用也是一种发展可持续型社会的方法。与自养微生物相比，异养微生物具有更快的生长速度和更先进的遗传工具，但是其固定CO2的能力还很有限。近年来，基于合成生物学技术强化异养微生物CO2固定受到诸多关注，主要包括优化能量供给、改造羧化途径以及基于异养微生物间接固定CO2。
[0003]公开号为CN103316583A的专利提供了一种利用水华藻固定CO2的方法，将密闭半密闭环境中含有CO2的气体通入水华藻溶液中，加入一定量的钙离子溶液，利用水华藻的生物钙化作用，促进水体中的Ca
2+
和CO
32
‑
结合生成CaCO3沉淀，从而固定气体中的CO2。但是该方法中部分CO2将会被水华藻吸收，转换为无法利用的水华藻生物质，且产物经济价值低。公开号为CN103881905A专利提供了一种嵌入式生物电合成系统，通过外加电势，把废弃物、废水厌氧氧化与生物还原合成进行偶联，厌氧氧化反应器内的废弃物、废水厌氧氧化产生的电子传递到作为导电器壁的阴极后，电子流通过器壁向电合成反应器内的微生物菌群传递，微生物菌群获得电子后，将CO2还原合成有机化学品。该方法利用微生物反应器仅需少量电能便能有效固定CO2，但是由于其只适用于厌氧环境下高浓度CO2的固定，且产物为多种气态液态有机物的混合物，因此实用性受到限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，该方法能够实现对二氧化碳混合气体直接固定处理，通过微生物发酵转化生成有机质，其产物总碳浓度明显增加，且进一步提升有机酸和醇酯化反应的酯转化率，产物附加值明显提高。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：
[0006]一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，其中所述微生物固定二氧化碳通过利用微生物发酵过程，碳化合物不完全氧化产生有机酸和/或醇化合物；和/或，
[0007]在固定化酶作为催化剂条件下有机酸与有机醇通过酯化反应生成酯基化合物；
[0008]上述固定化酶用固定化载体材料包括壳聚糖微球或表面修饰壳聚糖微球；其中，表面修饰壳聚糖微球的活性官能团至少包括羟基、氨基、羧基、环氧基。本专利技术利用微生物发酵过程通过混养发酵，完成对二氧化碳的固定，并且通过微生物生命活动转化生成有机质，如有机酸和/或醇，实现高效、安全的二氧化碳处理，并且不需对二氧化碳混合气体进行分离，简化了二氧化碳固定或转换工艺，同时获得高附加值的产品，实现资源化再利用。本
专利技术还提供了将固定二氧化碳产生的有机酸和醇进行酯化反应获得酯基类化合物的方法，并且该反应是在二氧化碳加压条件下进行的，在保证反应体系适宜的pH环境条件下，加入固定化酶作为催化剂，进行高效的酯化反应，获得酯基类化合物产品。本专利技术通过化学反应手段对固定化载体材料壳聚糖微球表面进行功能化修饰，引入更多的活性官能团，显著增强了固定化载体材料固载生物酶的能力，载酶量明显增强，获得的固定化酶的酶活力也显著增强，能够更好地催化酯化反应的发生，酯转化明显增加；且制得的固定化酶具有更优的使用稳定性。其原因可能在于，表面修饰后的壳聚糖微球引入更多活性官能团，如羧基、环氧基等，在固定生物酶过程中，能够增加载体表面的活性位点，更多量的固载生物酶，生物活性得到明显提升；同时可以与生物酶之间形成更牢固的作用力，在使用过程中对生物酶起到更佳的保护作用，使得得到的固化酶具有更优的使用稳定性。
[0009]具体而言，微生物包括产酸微生物菌株和/或产醇微生物菌株。
[0010]具体而言，产酸微生物菌株包括酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)、丁酸梭菌(Clostridium butyricum)中的一种或多种。
[0011]具体而言，产醇微生物菌株包括拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中的一种或多种。
[0012]进一步的，一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，上述微生物固定二氧化碳通过利用微生物发酵过程，碳化合物不完全氧化产生有机酸和/或醇化合物；其中微生物包括食气梭菌C.carboxidivorans P7。
[0013]优选地，微生物菌株发酵过程中，在发酵培养基中加入表面活性剂，添加量为0.05～0.15％。
[0014]具体而言，表面活性包括皂素、吐温
‑
80中的一种。
[0015]更优选地，表面活性还包括新型表面活性剂，其制备方法如下：
[0016]取腰果酚与1,3
‑
二溴
‑
2,2
‑
二甲氧基丙烷进行醚化反应得到醚化产物；
[0017]取醚化产物进行磺化处理再经中和反应制得新型表面活性剂。本专利技术提供了一种新型结构的表明活性剂及其制备方法，制得的新型表面活性剂具有更优的表面活性，其表面张力相比于现有技术具有明显的降低；将其添加至微生物发酵培养基中，对微生物菌株产生有益的分散作用，有效延长结团现象出现的时间，促进微生物菌株代谢活动，提升菌株的产碳化合物能力，产物中总碳浓度明显增加。
[0018]具体的，上述新型表面活性剂的制备方法，包括：
[0019]取腰果酚，加入四乙基溴化铵、18～20％质量浓度的氢氧化钠水溶液，70～80℃下搅拌均匀，加入1,3
‑
二溴
‑
2,2
‑
二甲氧基丙烷，95～105℃下反应3～5h，之后降至室温，乙醚萃取2～3次，2～4wt％醋酸洗涤有机层，再用水洗涤至中性，最后加入无水硫酸镁干燥、过滤、减压蒸馏得到醚化产物；
[0020]取醚化产物加入二氯甲烷溶解，冰水浴条件下缓慢加入含有0.18～0.24g/mL氯磺酸的二氯甲烷溶液，反应5～8h；之后加入1～1.5wt％的氢氧化钠
‑
乙醇溶液中和，过滤得滤液，减压蒸馏、丙酮洗涤、过滤、烘干得到新型表面活性剂。
[0021]具体而言，四乙基溴化铵的加入量为腰果酚的6～7wt％；腰果酚与氢氧化钠水溶液的质量比为0.2～0.4g：1mL；1,3
‑
二溴
‑
2,2
‑
二甲氧基丙烷与腰果酚的摩尔比为0.45～
0.5：1。
[0022]具体而言，醚化产物与二氯甲烷的固液比为0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，其中所述微生物固定二氧化碳通过利用微生物发酵过程，碳化合物不完全氧化产生有机酸和/或醇化合物；以及，在固定化酶作为催化剂条件下有机酸与有机醇通过酯化反应生成酯基化合物；所述固定化酶用固定化载体材料包括壳聚糖微球或表面修饰壳聚糖微球；其中，表面修饰壳聚糖微球的活性官能团至少包括羟基、氨基、羧基、环氧基。2.根据权利要求1所述的一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，其特征在于：所述微生物包括产酸微生物菌株和/或产醇微生物菌株。3.根据权利要求2所述的一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，其特征在于：所述产酸微生物菌株包括酪丁酸梭菌Clostridium tyrobutyricum、丁酸梭菌Clostridium butyricum中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的一种使用微生物固定二氧化碳生成有机物产品的方法，其特征在于：所述产醇微生物菌株包括拜氏梭菌Clostridium beijerinckii、丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum、酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae中的一种或多种。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽华，卢玉强，王利军，
申请(专利权)人：江苏斯盖环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：