【摘 要】
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近年来为应对化石燃料燃烧造成的CO2过度排放及由此带来的全球变暖和能源枯竭等问题,微藻固碳联产高值产品的CO2减排策略备受关注,尤其是基于化学吸收法耦合能源微藻固碳的培养体系成为新的研究热点。利用微藻光合作用固定CO2是一种经济可行的减排技术,然而高浓度的CO2会使培养液急剧酸化,严重影响微藻生长,传统醇胺吸收剂对设备有腐蚀作用还会毒害藻细胞。因此,筛选耐酸耐高浓度CO2的特异藻株,建立节能高效、
【基金项目】
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国家自然科学基金(31902344); 山西省高等学校科技创新项目(2019L0376); 山西农业大学科技创新基金项目(2016YJ01);
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近年来为应对化石燃料燃烧造成的CO2过度排放及由此带来的全球变暖和能源枯竭等问题,微藻固碳联产高值产品的CO2减排策略备受关注,尤其是基于化学吸收法耦合能源微藻固碳的培养体系成为新的研究热点。利用微藻光合作用固定CO2是一种经济可行的减排技术,然而高浓度的CO2会使培养液急剧酸化,严重影响微藻生长,传统醇胺吸收剂对设备有腐蚀作用还会毒害藻细胞。因此,筛选耐酸耐高浓度CO2的特异藻株,建立节能高效、绿色环保的CO2吸收体系是实现微藻生物能源生产与废气资源化利用的有效途径。本文从大同电厂附近水域采集的藻样中分离得到一株高耐CO2小球藻(Chlorella sorokiniana),测定了该藻在不同浓度CO2下生理生化指标,对CO2耐受性进行表征;并模拟在烟道气CO2浓度(20%)条件下,评价吸收剂聚乙二醇200(PEG200)和单乙醇胺(MEA)及其混合吸收体系对该藻生长、油脂积累、生理代谢和固碳能力的影响。主要研究结果如下:(1)分离获得一株耐酸性和耐高浓度CO2的藻株,经形态学和分子鉴定,确定其为小球藻(C.sorokiniana),编号为藻株DT01。通过在不同浓度CO2下对小球藻DT01和普通小球藻(Chlorella sp.)的生理指标对比,探究了小球藻DT01对CO2的耐受性,结果表明在高浓度CO2条件下,小球藻DT01的生物量及代谢产物的积累量显著高于Chlorella sp.,属于耐高浓度CO2藻株。在CO2浓度为5%、10%、20%、30%条件下培养10天后小球藻DT01生物量分别为2.64、2.28、1.8、1.08 g/L,显著高于Chlorella sp.(2.03、1.86、0.71、0.69 g/L)。30%CO2浓度下,小球藻DT01的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别是Chlorella sp.的1.48倍、1.59倍和1.20倍;油脂含量为藻细胞干重的21%显著高于Chlorella sp.的14.2%。(2)在微藻培养体系中分别加入了CO2吸收剂PEG200和MEA以强化小球藻DT01生长代谢及固碳效率。结果表明100、200 mg/L的PEG200对小球藻DT01有促生作用,50 mg/L的MEA显著促进了小球藻DT01生长代谢及固碳效率。MEA处理的小球藻DT01生物量高达到3.06 g/L,是对照组生物量的1.44倍;处理组藻细胞叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量分别为23.6、9.2和6.9 mg/L,分别是对照组的1.42、1.51和1.35倍。处理组藻细胞油脂含量高达23.5%,比对照高21.7%;处理组藻细胞固碳效率和CO2利用率达到0.55 g/L/d和0.27%;处理组藻细胞叶绿素荧光参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、q P、ETR高于对照组。这些试验说明适量MEA可以缓解高浓度CO2造成藻细胞光合抑制作用。(3)为进一步提高小球藻DT01生长代谢和固碳效率,建立了PEG200-MEA混合吸收体系。PEG200和MEA混合浓度为100 mg/L和50 mg/L时,小球藻DT01生物量高于单一吸收剂处理的的藻细胞生物量,藻细胞叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、油脂含量及固碳效率和CO2利用率也显著提高,分别达到了3.34 g/L、24.8 mg/L、10.9 mg/L、7.0 mg/L、26.7%、0.59 g/L/d和0.29%。本研究分离获得了可用于固定烟道气CO2的优良小球藻株系,建立了提高微藻固碳效率的PEG200-MEA CO2混合吸收体系,为构建工业微藻直接固定转化烟道气CO2工艺体系提供了新思路,有助于生物固碳减排和CO2资源化利用产业的发展。
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