用于空氣凈化的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 根據(jù)35 U.S.C. § 119(e)，本申請(qǐng)是要求2013年10月15日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?61/961，447的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益的非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)，通過(guò)全文引用的方式將該美國(guó) 臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及空氣凈化。特別地，本發(fā)明涉及用于利用光合有機(jī)體降低空氣中的二 氧化碳濃度的系統(tǒng)。本發(fā)明尤其適用于亞熱帶和溫帶氣候地區(qū)。
【背景技術(shù)】
[0004] 來(lái)自車(chē)輛和工業(yè)的溫室氣體的排放是全球變暖的主要誘發(fā)因素之一并且導(dǎo)致地 球溫度上升。二氧化碳（CO 2)占溫室氣體的68%。已經(jīng)廣泛地研究了通過(guò)各種方法來(lái)封存 CO2，其目的在于減少CO2至大氣中的排放。通常，通過(guò)諸如用胺水溶液洗滌加之在高溫下溶 劑再生和利用高壓的物理溶劑分離等的化學(xué)和物理技術(shù)來(lái)捕獲空氣中的CO 2。捕獲的CO2接 著被運(yùn)輸以進(jìn)行離岸地質(zhì)存儲(chǔ)（Gibbins等，2008)。
[0005] 與傳統(tǒng)的化學(xué)和物理方法相比，用于空氣凈化的生物方法目前被認(rèn)為是更好的替 代方法。生物方法需要較溫和的條件。在生物方法中排除了傳統(tǒng)方法中所使用的高溫、高 壓和對(duì)環(huán)境有害的溶劑。生物方法還是更加可持續(xù)的。生物方法依賴(lài)于光合作用，以將不 需要的CO 2轉(zhuǎn)化為氧，因此不需要用于存儲(chǔ)CO2的物理存儲(chǔ)空間。除了氧之外，在通過(guò)生物 方法去除CO 2期間還產(chǎn)生用于魚(yú)飼料和肥料的有價(jià)值的生物質(zhì)（例如，生物柴油）和化學(xué) 品（Chisti，2007)。
[0006] 然而，在去除二氧化碳時(shí)，局部氣候影響光生物反應(yīng)器的性能。因此，期望提供一 種適應(yīng)于局部氣候和環(huán)境因素的用于有效去除空氣中的二氧化碳的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在光合生物質(zhì)有機(jī)體之中，微藻類(lèi)因其高光合效率（Perrine等，2012)而被認(rèn)為 是對(duì)于空氣凈化光生物反應(yīng)器系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是最合適的光合有機(jī)體。
[0008] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種使用微藻類(lèi)的用于特別針對(duì)于亞熱帶至溫帶氣候地區(qū)的 空氣凈化的系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的第一方面提供一種用于減少亞熱帶至溫帶氣候地區(qū)的空氣中的二氧化 碳的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0010] 反應(yīng)器槽，用于容納1000000?1500000cell/mL濃度的培養(yǎng)基，其中培養(yǎng)基在 5?40°C的預(yù)定溫度下包含小球藻種；
[0011] 進(jìn)氣口，空氣在進(jìn)氣口處進(jìn)入所述系統(tǒng)中；
[0012] 氣泵和噴灑器，用于將空氣作為小氣泡以0. 1?2. OL/min的流速供給至培養(yǎng)基；
[0013] 溫度控制器，其調(diào)節(jié)反應(yīng)器槽的溫度，使得空氣和培養(yǎng)基的溫度被保持在預(yù)定的 溫度；
[0014] 光源，用于將強(qiáng)度為50?SOOym0InT2s- 1PPFD的光提供至培養(yǎng)基；以及
[0015] 出氣口，具有降低的二氧化碳濃度的經(jīng)凈化氣體在出氣口離開(kāi)所述系統(tǒng)。
[0016] 根據(jù)本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，微藻類(lèi)的類(lèi)型為小球藻種。
[0017] 根據(jù)本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，亞熱帶至溫帶氣候地區(qū)為東南亞。
[0018] 根據(jù)本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述地區(qū)為香港。
[0019] 根據(jù)本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的又一實(shí)施方式，培養(yǎng)基和空氣被保持在15?30°C 的預(yù)定溫度。
[0020] 根據(jù)本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的另一實(shí)施方式，培養(yǎng)基被保持在7?9pH。
[0021] 根據(jù)本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述光源包括發(fā)光二極管、日光或 這兩者。
[0022] 本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的第二方面提供了一種用于減少亞熱帶至溫帶氣候地區(qū) 的空氣中的二氧化碳的方法，所述方法包括：
[0023] 提供生物反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0024] 通過(guò)進(jìn)氣口將空氣供給到生物反應(yīng)器系統(tǒng)中；
[0025] 調(diào)整生物反應(yīng)器系統(tǒng)的溫度至預(yù)定的溫度，使得空氣和培養(yǎng)基的溫度被保持在預(yù) 定的溫度；
[0026] 給培養(yǎng)基提供強(qiáng)度為50?500 μ molmHPFD的光；以及
[0027] 在預(yù)定的溫度下將空氣作為小氣泡以0. 1?2. OL/min的流速供給到培養(yǎng)基。
[0028] 與現(xiàn)有的任何生物反應(yīng)器不同，本發(fā)明的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)和利用該光生物反應(yīng) 器系統(tǒng)的凈化空氣的方法適于在亞熱帶至溫帶氣候中高效地去除二氧化碳。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 在下文中參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中，
[0030] 圖1是本發(fā)明的板狀的光生物反應(yīng)器的示意圖。
[0031] 圖2是本發(fā)明的管狀的光生物反應(yīng)器的示意圖。
[0032] 圖3是顯示了在不同光強(qiáng)度（圖3A)和不同溫度（圖3B)下小球藻種的比生長(zhǎng)率 的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描 述。
[0034] 如圖1中所示，本發(fā)明的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括用于容納培養(yǎng)基的平板狀的反應(yīng) 器槽110。本發(fā)明的反應(yīng)器槽可以是透明的、半透明的或反射的，從而光能夠穿過(guò)反應(yīng)器槽 并到達(dá)容納于其中的微藻類(lèi)以用于光合作用的。1000000?1500000cell/mL濃度的培養(yǎng)基 包括小球藻種（Chlorella species)的微藻類(lèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，微藻類(lèi)是小球藻種，可 適用于本發(fā)明的小球藻種包括但不限于蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa)和普通小 球藻（Chlorella vulgaris)。具體地，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)小球藻種的培養(yǎng)基在亞熱帶至 溫帶氣候地區(qū)展現(xiàn)了長(zhǎng)而穩(wěn)定的生命期限，使得能夠進(jìn)行二氧化碳的有效去除。據(jù)發(fā)現(xiàn)，添 加不是小球藻的其他種導(dǎo)致較短和較不穩(wěn)定的生命期限，不能提供有效的二氧化碳去除。
[0035] 反應(yīng)器槽可以被或者可以不被多個(gè)分隔部111分割，以布置各種不同的內(nèi)部流 型。例如，多個(gè)分隔部111由交替地從反應(yīng)器槽的相對(duì)側(cè)突出的分隔部構(gòu)成。本發(fā)明的光生 物反應(yīng)器系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)用于將經(jīng)處理的空氣供給到培養(yǎng)基中的進(jìn)氣口 130。通過(guò) 噴灑器或本領(lǐng)域中易于使用的任何其它適用的手段將經(jīng)處理的空氣作為氣泡供給到培養(yǎng) 基中。在一個(gè)實(shí)施方式中，經(jīng)處理的空氣在反應(yīng)器槽的底部以〇. 1?2. OL/min的流速鼓泡 至培養(yǎng)基中。培養(yǎng)基的溫度控制在5?40°C。水浴槽或本領(lǐng)域中使用的任何其它溫度控制 系統(tǒng)可被用于本發(fā)明的系統(tǒng)中，以控制反應(yīng)器槽的溫度，從而控制培養(yǎng)基和被處理的空氣 的溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)器槽、培養(yǎng)基和被處理的空氣的溫度被保持在15?30°C。 在另一實(shí)施方式中，培養(yǎng)基與被處理的空氣溫度是相同的。本發(fā)明的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)包 括將反應(yīng)器槽的溫度保持在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)的溫度控制器（在圖1中未示出）。反應(yīng)器 槽被保持在5?40°C下或者被保持在15?30°C下。通過(guò)控制反應(yīng)器槽的溫度，被處理的 空氣的溫度也被保持在與反應(yīng)器槽和培養(yǎng)基相等溫度下。如果空氣溫度與培養(yǎng)基的溫度不 同，則為了將培養(yǎng)基和被處理的空氣的溫度保持在預(yù)定的溫度下，溫度控制器也能夠調(diào)整 反應(yīng)器槽的內(nèi)部溫度。用于培養(yǎng)微藻類(lèi)（如小球藻種）的培養(yǎng)基可以是適于微藻類(lèi)生長(zhǎng)的 任何種類(lèi)的培養(yǎng)基。還可以使用混合的培養(yǎng)基。在一個(gè)實(shí)施方式中，培養(yǎng)基是BBM培養(yǎng)基 (Bold' s basal medium)。在另一實(shí)施方式中，培養(yǎng)基是布氏培養(yǎng)基（Bristol medium)和 痕量培養(yǎng)基（Trace medium)的混合。以下示出在本發(fā)明中使用的布氏培養(yǎng)基和痕量培養(yǎng) 基的化學(xué)成分和制備。
[0036] 布氏培養(yǎng)基
[0037] 布氏 A
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于減少亞熱帶至溫帶氣候地區(qū)的空氣中的二氧化碳的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 反應(yīng)器槽，用于容納1000000?1500000cell/mL濃度的培養(yǎng)基，其中所述培養(yǎng)基在 5?40°C的預(yù)定溫度下包括小球藻種； 進(jìn)氣口，空氣在進(jìn)氣口處進(jìn)入所述系統(tǒng)中； 氣泵和噴灑器，用于將空氣作為小氣泡以〇. 1?2. OL/min的流速供給到培養(yǎng)基； 溫度控制裝置，其調(diào)節(jié)反應(yīng)器槽的溫度，使得空氣和培養(yǎng)基的溫度被保持在預(yù)定溫度 下； 光源，用于將強(qiáng)度為50?500 μ Hi0InT2s-1PPFD的光提供至培養(yǎng)基；以及 出氣口，具有降低的二氧化碳濃度的凈化氣體在出氣口離開(kāi)所述系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述地區(qū)為東南亞。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述地區(qū)為香港。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，小球藻種包括蛋白核小球藻和普通小球藻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，培養(yǎng)基包括BBM培養(yǎng)基或者布氏培養(yǎng)基或痕量培 養(yǎng)基的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，布氏培養(yǎng)基包括硝酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸一鉀、 氯化鈉、氯化鈣和七水硫酸鎂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，痕量培養(yǎng)基包括乙二胺四乙酸、氫氧化鉀、七水 硫酸鋅、四水合氯化錳（II)、鑰酸鈉、五水合硫酸銅（II)、六水合氯化鈷（II)、七水合硫酸 鐵（Π )和硫酸。
8. -種用于減少亞熱帶至溫帶氣候地區(qū)的空氣中的二氧化碳的方法，所述方法包括： 提供權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)容納1000000?1500000cell/mL濃度的培養(yǎng) 基，其中所述培養(yǎng)基包括小球藻種的微藻類(lèi)； 通過(guò)進(jìn)氣口將空氣供給到所述系統(tǒng)中； 調(diào)整反應(yīng)器槽的溫度至預(yù)定溫度，使得空氣和培養(yǎng)基的溫度被保持在預(yù)定溫度下； 將強(qiáng)度為50?500 μ Hi0InT2s-1PPFD的光提供至培養(yǎng)基；以及 在預(yù)定的溫度下將空氣作為小氣泡以〇. 1?2. OL/min的流速供給到培養(yǎng)基。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述地區(qū)為東南亞。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述地區(qū)為香港。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，小球藻種包括蛋白核小球藻和普通小球藻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，培養(yǎng)基包括BBM培養(yǎng)基或者布氏培養(yǎng)基和痕量 培養(yǎng)基的混合物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，布氏培養(yǎng)基包括硝酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸一 鉀、氯化鈉、氯化鈣和七水硫酸鎂。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，痕量培養(yǎng)基包括乙二胺四乙酸、氫氧化鉀、七 水硫酸鋅、四水合氯化錳（II)、鑰酸鈉、五水合硫酸銅（II)、六水合氯化鈷（II)、七水合硫 酸鐵（II)和硫酸。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及空氣凈化。本發(fā)明提供一種用于降低亞熱帶至溫帶氣候地區(qū)的空氣中的二氧化碳濃度的系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)來(lái)降低二氧化碳濃度的方法。
【IPC分類(lèi)】C12M1-04, C12M1-38, C12M1-00, C12N1-12, C12R1-89
【公開(kāi)號(hào)】CN104560703
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410545825
【發(fā)明人】張迪, 劉若天, 馮加曄, 吳嘉名
【申請(qǐng)人】納米及先進(jìn)材料研發(fā)院有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年10月15日
【公告號(hào)】US20150104857