本发明专利技术涉及一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用，属于清洁能源生产技术领域。本发明专利技术是利用羟基磷灰石促进以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷，提高甲烷产量和产甲烷速率。本发明专利技术将羟基磷灰石应用到以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷过程中，可以提高酶活、促进微生物生长，增加微生物数量以及微生物的富集能力。通过富集厌氧发酵细菌、促进生物膜的形成和为微生物的生长繁殖提供必要元素及优良场所等而提高以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷体系的甲烷产量。甲烷体系的甲烷产量。
【技术实现步骤摘要】
一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用
[0001]本专利技术属于清洁能源生产
，涉及一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用。
技术介绍
[0002]由于对全球碳减少排放和能源供应安全的持续关注，高能量密度的低碳能源比传统的低能量密度的高碳能源更加有利。在这种趋势下，氢能被认为是21世纪的清洁能源的代表。首先，氢是一种清洁能源载体，不含碳原子，在其燃烧过程中不会产生温室气体或有害物质；其次，氢是一种高密度的能量载体，其质量能量密度高于汽油和柴油等传统燃料。
[0003]暗发酵提供了快速的H2生物生产方法，发酵过程中会产生适合厌氧发酵产甲烷的末端产物(如乙醇、丙酸和丁酸)。将厌氧发酵产氢的发酵产物作为产甲烷细菌的底物，进而探究产甲烷体系中发酵产物种类和甲烷产率。产甲烷细菌是厌氧生物处理系统中参与有机物厌氧消化过程的最后一类，也是最重要的一类菌群。添加羟基磷灰石(HA)材料后，通过提高酶活性来改变微生物群落结构，促进细胞合成、提高细菌活性。中国专利文献CN 114410695 A(申请号202111655104.2)公开了一种羟基磷灰石及其制备方法，以及羟基磷灰石在暗发酵制氢中的应用，将羟基磷灰石加入到暗发酵制氢体系中，提高H2产率。该专利技术采用煅烧手段，可以有效避免传统制备方法中的粒径大、不均匀和团聚的问题；所得羟基磷灰石粒子具有高生物活性，具备良好的应用前景；将羟基磷灰石应用到暗发酵产氢过程中，可以弥补发酵过程中存在的微生物数量及富集能力低、微量元素不足和酶活性差等缺陷，通过富集厌氧发酵细菌、促进生物膜的形成和为微生物的生长繁殖提供必要元素及优良场所等而提高暗发酵系统的氢气产量。
[0004]研究表明，羟基磷灰石的添加促进了难降解有机物的降解，释放出更多的底物，在一定程度上提高了代谢率。添加适量的羟基磷灰石可以增加厌氧发酵产甲烷的速度，这一结果可以通过酶的活性、细胞外聚合物(EPS)的优化和微生物群落结构来提升。因此，本研究探讨羟基磷灰石的添加对厌氧发酵产甲烷影响，以及羟基磷灰石的添加对产甲烷微生物的影响。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用，提高了以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷过程中的甲烷产量和产甲烷速率。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用，是利用羟基磷灰石促进以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷，提高甲烷产量和产甲烷速率。
[0008]根据本专利技术优选的，所述羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵体系中的添加量为20～600mg/L；进一步优选为100～400mg/L；进一步优选为100～200mg/L；最优选为
100mg/L。
[0009]进一步优选的，所述的以丙酸为底物的厌氧发酵体系包括底物丙酸、具有活性的接种污泥和羟基磷灰石。
[0010]根据本专利技术优选的，所述羟基磷灰石中O、Ca、P的元素百分比分别为46.14
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49.23wt％、34.47
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37.83wt％、16.03
‑
17.35wt％，比表面积为4.538
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4.789m2/g，孔隙体积为0.056
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0.058cc/g，平均孔隙直径为46.937
‑
49.952nm。
[0011]进一步优选的，所述羟基磷灰石中O、Ca、P的元素百分比分别为49.23wt％、34.47wt％、16.30wt％，比表面积为4.751m2/g，孔隙体积为0.058cc/g，平均孔隙直径为49.952nm。
[0012]进一步优选的，所述羟基磷灰石中O、Ca和P的元素百分比分别为48.01wt％、34.64wt％和17.35wt％；比表面积为4.639m2/g，孔隙体积为0.057cc/g，平均孔隙直径为47.275nm。
[0013]进一步优选的，所述羟基磷灰石中O、Ca和P的元素百分比分别为46.14wt％、37.83wt％和16.03wt％；比表面积为4.703m2/g，孔隙体积为0.057cc/g，平均孔隙直径为46.952nm。
[0014]进一步优选的，所述羟基磷灰石中O、Ca和P的元素百分比分别为47.76wt％、35.88wt％和16.36wt％；比表面积为4.781m2/g，孔隙体积为0.057cc/g，平均孔隙直径为47.063nm。
[0015]进一步优选的，所述羟基磷灰石中O、Ca和P的元素百分比分别为46.83wt％、36.42wt％和16.75wt％；比表面积为4.538m2/g，孔隙体积为0.056cc/g，平均孔隙直径为46.937nm。
[0016]根据本专利技术优选的，所述应用的具体步骤为：
[0017](1)接种污泥培养：在35～37℃下将活性污泥进行厌氧培养20～30天，以富集厌氧微生物，得接种污泥；
[0018](2)制备以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷培养基：发酵反应在反应器中进行，厌氧发酵产甲烷培养基包括步骤(1)的接种污泥和去离子水，其中，接种污泥在反应器中的体积占比为28～32％，其余为去离子水，再加入丙酸5mL，制得以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷培养基；
[0019](3)以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷：将羟基磷灰石投加至步骤(2)以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷培养基中，所述羟基磷灰石的添加量为20～600mg/L，在35～37℃下进行厌氧发酵产甲烷，并收集甲烷。
[0020]根据本专利技术优选的，所述步骤(2)用N2冲洗反应器顶空部分30s，形成厌氧环境。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术将羟基磷灰石应用到以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷过程中，可以提高酶活、促进微生物生长，增加微生物数量以及微生物的富集能力。通过富集厌氧发酵细菌、促进生物膜的形成和为微生物的生长繁殖提供必要元素及优良场所等而提高以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷体系的甲烷产量。
[0023]本专利技术利用羟基磷灰石提高以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷过程中的产甲烷性能，羟基磷灰石在中温条件下能够有选择性的提高微生物的活性，优化甲烷发酵体系中的
微生物群落结构，有利于甲烷的产生。
[0024]本专利技术在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷过程中，羟基磷灰石可作为一种微生物载体从而有效促进厌氧产甲烷微生物的生长繁殖。羟基磷灰石具有丰富的孔隙结构，可以吸附和固定营养物质和促进功能团微生物富集从而减缓或消除厌氧发酵产甲烷过程中VFAs(挥发性有机酸)积累对厌氧产甲烷效果的影响；羟基磷灰石的添加能促进复杂有机物降解，提高蛋白质、多糖和脂类的水解效率，这可能是因为羟基磷灰石能够破坏不溶性物质的细胞壁、活化水解酶和蛋白酶。羟基磷灰石可以通过表面官能团、离子交换等机制增强厌氧体系pH缓冲能力，防止系统酸化现象发生。
附图说明
[0025]图1是实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用，是利用羟基磷灰石促进以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷，提高甲烷产量和产甲烷速率。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵体系中的添加量为20～600mg/L；进一步优选为100～400mg/L；进一步优选为100～200mg/L；最优选为100mg/L。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的以丙酸为底物的厌氧发酵体系包括底物丙酸、具有活性的接种污泥和羟基磷灰石。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述羟基磷灰石中O、Ca、P的元素百分比分别为46.14
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49.23wt％、34.47
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37.83wt％、16.03
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17.35wt％，比表面积为4.538
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4.789m2/g，孔隙体积为0.056
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0.058cc/g，平均孔隙直径为46.937
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49.952nm。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述羟基磷灰石中O、Ca、P的元素百分比分别为49.23wt％、34.47wt％、16.30wt％，比表面积为4.751m2/g，孔隙体积为0.058cc/g，平均孔隙直径为49.952nm。6.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述羟基磷灰石中O、Ca和P的元素百分比分别为48.01wt％、34.64wt％和17.35wt％；比表面积为4.639m2/g，孔隙体积为0.057cc/g，平均孔隙直径为47.275...
【专利技术属性】
技术研发人员：臧立华，莫号娥，于斐，董维芳，周茂娟，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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