本發(fā)明屬于新能源，具體涉及一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法。

背景技術：

1、以廢水和廢氣為營養(yǎng)源，利用微型藻類（以下簡稱微藻）的光合系統(tǒng)將光能轉化成化學能進而合成油質、氫氣、乙醇等生物能源，能夠實現固碳-減排-產能三者的有機結合。然而，微藻光合系統(tǒng)經過近億年的進化已高度穩(wěn)定，提高其本身的光能轉化效率十分困難。

2、微藻光合作用的過程是通過收集光能并在光合系統(tǒng)ii（psii）的中心釋放電子將光能轉化為電能而開始的。然后，釋放的電子通過一系列電子載體被轉移到還原酶上進行各種生化過程，包括co2固定、營養(yǎng)物質吸收和脂質合成。同時，光合作用產生的質子可以驅動生成三磷酸腺苷，作為微藻生長和脂質生產過程中的關鍵能量底物。因此，改善微藻psii的光能收集和轉化將提高這些過程的效率。研究表明，可以通過構建誘變、新藻株選擇和基因工程等多種生物學方法提高微藻psii捕集和轉化光能的效率。然而，由于微藻光合系統(tǒng)經過長期進化后已經變得非常穩(wěn)定，從微藻本身出發(fā)提高光合效率已十分艱難，有必要開發(fā)胞外輔助技術以進一步提高微藻光合效率，為早日實現微藻生物能源的大規(guī)模生產做出貢獻。

3、在此背景下，開發(fā)該微藻光合系統(tǒng)的細胞外輔助技術對于改善微藻生長和脂質生產具有重要價值。

技術實現思路

1、針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明設計的目的在于提供一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，具體通過以下技術方案加以實現：

2、一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，該方法采用以下步驟：

3、s1:將天然半導體浸泡在混合液體中，以除去天然半導體礦物表面的微生物和金屬氧化物雜質；

4、s2：用蒸餾水清洗經過除雜后的天然半導體3-5次，清洗后30-60℃的溫度條件下烘干；

5、s3：使用超微粉碎儀將烘干后的天然半導體礦物研磨成顆粒，過400目篩，得到天然半導體礦物微粒，備用；

6、s4：將天然半導體礦物微粒轉入無水乙醇水中，使用超聲波分散均勻，向無水乙醇中加入六偏磷酸鈉和3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯，連續(xù)攪拌條件下反應，離心、收集沉淀，將沉淀烘干，得到改性微粒；

7、s5：將改性微粒按照一定比例加入到微藻的培養(yǎng)液中，加入季銨鹽類表面活性劑，獲得微藻混合培養(yǎng)液；

8、s6：將微藻混合培養(yǎng)液置于適于微藻生長的環(huán)境條件下，采用連續(xù)光照培養(yǎng)，培養(yǎng)微藻至藻細胞密度達到最大值；

9、s7：將微藻混合培養(yǎng)液離心，收集藻細胞，將藻細胞重新接種于低氮元素培養(yǎng)液或者低硫元素培養(yǎng)液中，誘導微藻合成生物能源。

10、進一步地，天然半導體包括鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦中的任一種。

11、進一步地，s1中混合液體包括1?mol/l的硝酸水溶液、1?mol/l的naoh水溶液、95%乙酸乙酯水溶液（v/v）和80%（v/v）乙醇水溶液，天然半導體浸泡在混合液體中的時間為1-3h。

12、進一步地，s4中六偏磷酸鈉的質量濃度w/v為1-3%，3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯的質量濃度w/v為2-5%，反應時間為0.5-3h，離心條件為：6000-8000?轉/分，10?min，4℃，烘干溫度為30-60℃。

13、進一步地，s5中微粒與微藻干重的質量比為1:10-100，季銨鹽類表面活性劑采用十二烷基二甲基芐基氯化銨，加入量為使表面活性劑的終濃度為0.01-0.1?mg/l。

14、進一步地，微藻選用綠藻或藍藻，包括但不限于萊茵衣藻、蛋白核小球藻、索羅金小球藻、螺旋藻、柵藻，綠藻類微藻生長的環(huán)境溫度為25-28℃，藍藻類微藻生長的環(huán)境溫度為30-35℃。

15、進一步地，s6中光照培養(yǎng)的光照強度為50-250?μmol/cm2/sec。

16、進一步地，s7中離心的條件為6000-8000?轉/分，10?min，4℃，低氮元素培養(yǎng)液是指總氮濃度＜10?mg/l的培養(yǎng)液，低硫元素培養(yǎng)液指總硫濃度小于1?mg/l的培養(yǎng)液。

17、進一步地，生物能源包括但不限于生物油質、生物氫能、生物乙醇、生物甲烷。

18、本發(fā)明通過將具有光電轉化功能的天然半導體礦物依次經過除雜、研磨、過篩，將天然半導體礦物微粒經化學改性，提高天然半導體礦物的親脂性，將改性后的天然半導體礦物顆粒與微型藻類共培養(yǎng)，加入誘導劑，誘導微型藻類合成、分泌更多胞外聚合物，將天然半導體礦物黏附于微型藻類體表，同時利用天然半導體礦物的親脂性官能團與微藻膜脂搭建化學關聯。天然半導體礦物將光能轉化成電能，轉化電能傳遞給微型藻類，微型藻類將轉化電能作為額外補充能量合成更多生物油質、氫氣、乙醇、甲烷等生物能源，提高微藻生產生物能源的效能。

技術特征：

1.一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，該方法采用以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，天然半導體包括鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦中的任一種。

3.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，s1中混合液體包括1?mol/l的硝酸水溶液、1?mol/l的naoh水溶液、95%乙酸乙酯水溶液（v/v）和80%（v/v）乙醇水溶液，天然半導體浸泡在混合液體中的時間為1-3h。

4.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，s4中六偏磷酸鈉的質量濃度w/v為1-3%，3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯的質量濃度w/v為2-5%，反應時間為0.5-3h，離心條件為：6000-8000?轉/分，10?min，4℃，烘干溫度為30-60℃。

5.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，s5中微粒與微藻干重的質量比為1:10-100，季銨鹽類表面活性劑采用十二烷基二甲基芐基氯化銨，加入量為使表面活性劑的終濃度為0.01-0.1?mg/l。

6.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，微藻選用綠藻或藍藻，包括但不限于萊茵衣藻、蛋白核小球藻、索羅金小球藻、螺旋藻、柵藻，綠藻類微藻生長的環(huán)境溫度為25-28℃，藍藻類微藻生長的環(huán)境溫度為30-35℃。

7.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，s6中光照培養(yǎng)的光照強度為50-250?μmol/cm2/sec。

8.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，s7中離心的條件為6000-8000?轉/分，10?min，4℃，低氮元素培養(yǎng)液是指總氮濃度＜10?mg/l的培養(yǎng)液，低硫元素培養(yǎng)液指總硫濃度小于1?mg/l的培養(yǎng)液。

9.如權利要求1所述的一種基于天然半導體礦物-微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，其特征在于，生物能源包括但不限于生物油質、生物氫能、生物乙醇、生物甲烷。

技術總結
本發(fā)明一種基于天然半導體礦物?微型藻類光電轉化復合體生產生物能源的方法，該方法將具有光電轉化功能的天然半導體礦物依次經過除雜、研磨、過篩，獲得天然半導體礦物微粒，將微粒進行親脂性改性，改性后的微粒與微型藻類共培養(yǎng)，誘導微型藻類合成更多胞外聚合物，將微粒黏附于微型藻類體表，同時利用微粒的親脂性官能團與微型藻類膜脂搭建物理化學關聯，構建天然半導體礦物?微型藻類光電轉化復合體。復合體中天然半導體礦物將光能轉化成電能，所轉化的電能通過物理化學關聯被傳遞給微型藻類，微型藻類將接受到的轉化電能作為額外補充能量合成更多生物油質、氫氣、乙醇、甲烷等清潔生物能源，提高微型藻類生產清潔生物能源的效率。

技術研發(fā)人員：劉俊稚,張志偉,葛亞明,徐煒峰,葉汪洋,陳慶國
受保護的技術使用者：浙江海洋大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6