本发明属于生物技术与环境保护领域，具体涉及一种co2捕集固碳干态微藻养殖膜生物反应器的制备方法。
背景技术：
1、随着全球气候变化问题日益严重，减少二氧化碳排放已成为全球关注的焦点。在这一背景下，微藻捕集co2固碳技术成为了一种备受瞩目的解决方案。微藻co2捕集固碳技术作为一种新型的环保技术，具有重要的环境意义和广阔的应用前景。在全球应对气候变化和推动可持续发展的过程中，微藻co2捕集固碳技术将发挥重要作用，成为推动绿色能源发展的重要力量。
2、首先，微藻co2捕集固碳技术可以有效减少大气中的二氧化碳含量。通过将二氧化碳转化为有机物质，微藻可以实现对co2的捕集和固碳，从而有效地减少大气中的温室气体排放。这对于减缓全球气候变化、改善空气质量具有重要意义。其次，微藻co2捕集固碳技术具有较高的效率和可持续性。相比于传统的化石能源，微藻co2捕集固碳技术可以实现更高效的二氧化碳转化率，是一种可持续发展的能源替代方案。此外，微藻co2捕集固碳技术还具有广泛的应用前景，除了在能源领域的应用外，微藻co2捕集固碳技术还可以应用于生物制药、食品添加剂、环境修复等领域，具有较大的市场潜力和经济效益。
3、然而，微藻co2捕集固碳技术也面临着一些挑战：(1)传统微藻养殖以水为养殖介质，溶液水体中悬浮微藻、养殖池体表面或载体表面滋生的微藻容易阻挡微藻繁殖所需要光源，光源利用率低，微藻养殖仅受限于二维表面养殖，导致占地面积大、空间利用率极低，单位占地面积微藻养殖产能低；(2)微藻养殖所需要的碳源co2气体是以气泡的形式鼓入反应器中，直接与溶液接触，这样一方面大部分co2气体逸散至大气中，并未被藻类捕获利用，碳源co2气体利用率只有5％～20％；(3)通入的co2气体接触溶液后大量转化为hco3-和co32-，会导致培养体系酸化最终对微藻的生长产生负面效应；(4)现有的悬浮培养和固定化培养技术，全流程是水溶液浸入式养殖方式，用水量极大，单位水量微藻产率极低，水资源浪费严重。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种co2捕集固碳干态微藻养殖膜生物反应器的制备方法，本发明技术优势在于：
2、将微藻培养与一种生物诱导增殖中空纤维膜相结合，以中空纤维膜为微藻生长的载体，利用中空纤维膜内部通入培养液来诱导微藻挂膜、增殖和扩增，同时将含有气态co2作为碳源的气体充满中空纤维膜反应器容器中，中空纤维膜表面的微藻与气相co2直接接触、吸收并进行生物转化，促进微藻只在中空纤维膜表面着床、增扩与繁殖，干态的微藻养殖膜生物反应器中介质为含有co2碳源的气氛，光源直接照射微藻，避免水介质或水介质中微藻的阻挡、折射、吸收和反射等，同时还避免了co2气体接触水溶液后转化为hco3-和co32-酸化培养液体系导致对微藻的生长产生负面效应，极大提高微藻直接气相co2吸收、生物转化，促进微藻的增扩与繁殖。；这样既保留了微藻固定化培养的优势，又能提高反应器对co2的利用效率，让通入的co2气体最大限度地被微藻细胞捕获利用，突破微藻co2捕集技术的瓶颈；此外，以极大比表面积的中空纤维膜为微藻养殖载体，可以实现3d三维立体空间的微藻养殖，极大提高空间利用率和单位占地面积微藻养殖产能，降低水用量。
3、本发明采用以下的技术方案：
4、一种co2捕集固碳干态微藻养殖膜生物反应器，利用生物诱导增殖中空纤维膜内部通入培养液来诱导微藻在中空纤维膜表面挂膜、增殖和扩增，同时将含有气态co2作为碳源的气体充满中空纤维膜反应器容器中，中空纤维膜表面的微藻与气相co2直接接触、吸收并进行生物转化，促进微藻只在中空纤维膜表面着床、增扩与繁殖，干态的微藻养殖膜生物反应器中介质为含有co2碳源的气氛，光源直接照射微藻，避免水介质或水介质中微藻的阻挡、折射、吸收和反射等，同时还避免了co2气体接触水溶液后转化为hco3-和co32-酸化培养液体系导致对微藻的生长产生负面效应，极大提高微藻直接气相co2吸收、生物转化，促进微藻的增扩与繁殖。
5、所述生物诱导增殖中空纤维膜，利用具有大表面积且对co2气体高亲和作用的中空纤维膜作为基材，在膜表面固定生物友好的诱导扩增生长因子，在中空纤维膜由内向外传质扩散供给培养液、膜外表面扩增生长因子诱导、沐浴于co2碳源气氛以及充足光源照射等多重协同作用下，促使微藻在极大比表面积、生物诱导增殖的中空纤维膜表面着床、繁殖与扩增。
6、所述一种生物诱导增殖中空纤维膜，其表面可固定生物有好的诱导扩增生长因子，所述的扩增生长因子是由一种或多种组成，扩增生长因子包括海藻胶、明胶、肝素、壳聚糖、聚乳酸(pla)、聚己内酯(pcl)、聚乙烯醇(pva)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯酸(ppa)、单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、三乙醇胺(tea)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)和等醇胺类、聚多巴胺、多巴胺、二乙烯三胺、羟乙基乙二胺等有机胺类。
7、所述中空纤维膜表面的生物友好性诱导扩增生长因子可提供大量的co2活性反应位点，进一步提高co2捕集固碳和微藻养殖效率。
8、所述co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器是采用极大比表面积的中空纤维膜基材，可以充分利用中空纤维膜独特的内外表界面和高比表面积特性，将膜内腔的液相与膜外的气相co2微藻养殖体系分为气、液两相，co2可直接为微藻提供气态碳源，以自然光或人造光为微藻扩增繁殖提供能量光源，微藻在高比表面积中空纤维膜表面着床、繁殖与扩增，极大提高单位立体空间微藻养殖效率，每天单位体积池体微藻干粉产率高达500g/m3·d-10000g/m3·d或以上。
9、所述co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器是微藻的着床的载体，微藻干态(无水)培养提高了光的利用率、培养装置运行稳定性高且需水量低，与传统养殖相比，干态(无水)养殖微藻需水量降低了80％以上。
10、所述co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器中通入的co2气氛中co2浓度为1-100％，其余气氛可为空气、n2、o2等其中一种或多种。
11、所述生物诱导增殖中空纤维膜内部通入的培养液为水、葡萄糖、蔗糖、铵盐、尿素、磷酸盐、叶酸、核黄素、生物素等一种或多种。
12、所述一种生物诱导增殖中空纤维膜制备方法，包括如下步骤：
13、s1、中空纤维膜采用常温等离子处理0.1-60秒；
14、s2、将经等离子体处理的中空纤维膜浸入一种或多种扩增生长因子溶液中，浸泡时间0.1-24小时；
15、s3、将上述中空纤维膜丝沥干，成功制备一种生物诱导增殖中空纤维膜。
16、作为优选，步骤s1所述所述中空纤维包括中空纤维均质膜和中空纤维编织管增强复合膜，且中空纤维膜的孔径为0.1-1000nm，中空纤维的外径0.2-2mm，内径0.1-1.5mm；所述中空纤维的材质包括聚四甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚有机硅树脂、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺(pei)、聚砜、聚醚砜、聚乙烯-聚乙烯醇共聚物(evoh)、聚乳酸、醋酸纤维素(ca)、尼龙和玻璃纤维中的任意一种或者多种的复合组合。
17、一种生物诱导增殖中空纤维膜及其co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器的制备方法，所述生物诱导增殖中空纤维膜及其co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器可应用工业废气处理、温室气体减排、生物能源生产、养殖等领域。将co2捕集技术与co2生物合成、资源化利用技术有机结合，实现了co2的高效捕集和资源化利用，形成了双向促进的技术体系。这种技术不仅有助于控制环境污染，还能实现co2的良性碳循环，为碳达峰和碳中和提供了重要的突破途径。
18、一种生物诱导增殖中空纤维膜及其co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器的制备方法，所述的中空纤维膜表面扩增繁殖的微藻，可以通过反应器内中空纤维膜组件底部曝气、中空纤维膜由内至外曝气、中空纤维膜表面水冲洗或中空纤维膜由内至外反冲洗等一种或多种组合的方式从中空纤维膜表面剥离，再采用过滤、气浮或离心等方式收集、浓缩微藻，获得的微藻经后处理生加工，可应用于生物柴油、蛋白质或多糖、生物酶等原料，也可应用于养殖饵料、饲料以及高附加值化学品原料。
19、本发明的上述技术方案的显著的优点和有益效果如下：
20、1、本发明为微藻固定化培养，与传统悬浮培养相比，中空纤维膜内部通入培养液来诱导微藻增殖，同时将气态co2作为碳源分散中空纤维膜外部，培养装置运行稳定性高且需水量低，干态(无水)养殖微藻需水量降低了80％以上，且不存在漂浮或挂壁的微藻对光源进行阻挡、折射、吸收和反射等作用，光穿透率高、利用率高。
21、2、本发明是以具有大表面积中空纤维膜为基材，在中空纤维膜表面固定生物友好诱导扩增生长因子，在中空纤维膜内传质扩散供给培养液和膜表面诱导扩增生长因子双重协同作用下，气态中微藻在极大比表面积、生物诱导增殖中空纤维膜表面着床、繁殖与扩增；中空纤维膜外径越小，单位体积空间微藻载体的膜表面积越大，0.2mm外径中空纤维膜，1m3体积内可以放置的中空纤维膜的载体表面积可达5000m2，按固定载体表面养殖最低产能2g/m2·d核算，理论上每天单位体积池体微藻干粉产率高达10000g/m3·d。
22、3、中空纤维膜表面的生物友好性诱导扩增生长因子可提供大量的co2活性反应位点，进一步提高co2捕集固碳和微藻养殖效率。
23、4、co2捕集固碳干态微藻养殖膜生物反应器是将膜内腔的液相与膜外气相co2的微藻养殖水体分为气、液两相，培养液是由中空纤维膜内腔传质扩散至膜表面为微藻提供养分，避免了co2气体接触水溶液后转化为hco3-和co32-酸化培养液体系导致对微藻的生长产生负面效应，极大提高微藻直接气相co2吸收、生物转化，促进微藻的增扩与繁殖。
1.一种co2捕集固碳干态微藻养殖膜生物反应器，利用生物诱导增殖中空纤维膜内部通入培养液来诱导微藻在中空纤维膜表面挂膜、增殖和扩增，同时将含有气态co2作为碳源的气体充满中空纤维膜反应器容器中，中空纤维膜表面的微藻与气相co2直接接触、吸收并进行生物转化，促进微藻只在中空纤维膜表面着床、增扩与繁殖，干态的微藻养殖膜生物反应器中介质为含有co2碳源的气氛，光源直接照射微藻，避免水介质或水介质中微藻的阻挡、折射、吸收和反射等，同时还避免了co2气体接触水溶液后转化为hco3-和co32-酸化培养液体系导致对微藻的生长产生负面效应，极大提高微藻直接气相co2吸收、生物转化，促进微藻的增扩与繁殖。
2.如权利要求1所述生物诱导增殖中空纤维膜，利用具有大表面积且对co2气体高亲和作用的中空纤维膜作为基材，在膜表面固定生物友好的诱导扩增生长因子，在中空纤维膜由内向外传质扩散供给培养液、膜外表面扩增生长因子诱导、沐浴于co2碳源气氛以及充足光源照射等多重协同作用下，促使微藻在极大比表面积、生物诱导增殖的中空纤维膜表面着床、繁殖与扩增。
3.如权利要求1所述一种生物诱导增殖中空纤维膜，其表面可固定生物有好的诱导扩增生长因子，所述的扩增生长因子是由一种或多种组成，扩增生长因子包括海藻胶、明胶、肝素、壳聚糖、聚乳酸(pla)、聚己内酯(pcl)、聚乙烯醇(pva)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯酸(ppa)、单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、三乙醇胺(tea)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)和等醇胺类、聚多巴胺、多巴胺、二乙烯三胺、羟乙基乙二胺等有机胺类。
4.如权利要求1所述中空纤维膜表面的生物友好性诱导扩增生长因子可提供大量的co2活性反应位点，进一步提高co2捕集固碳和微藻养殖效率。
5.如权利要求1所述co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器是采用极大比表面积的中空纤维膜基材，可以充分利用中空纤维膜独特的内外表界面和高比表面积特性，将膜内腔的液相与膜外的气相co2微藻养殖体系分为气、液两相，co2可直接为微藻提供气态碳源，以自然光或人造光为微藻扩增繁殖提供能量光源，微藻在高比表面积中空纤维膜表面着床、繁殖与扩增，极大提高单位立体空间微藻养殖效率，每天单位体积池体微藻干粉产率高达500g/m3·d-10000g/m3·d或以上。
6.如权利要求5所述co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器是微藻的着床的载体，微藻干态(无水)培养提高了光的利用率、培养装置运行稳定性高且需水量低，与传统养殖相比，干态(无水)养殖微藻需水量降低了80％以上。
7.如权利要求1所述co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器中通入的co2气氛中co2浓度为1-100％，其余气氛可为空气、n2、o2等其中一种或多种。
8.如权利要求1所述生物诱导增殖中空纤维膜内部通入的培养液为水、葡萄糖、蔗糖、铵盐、尿素、磷酸盐、叶酸、核黄素、生物素等中的一种或多种。
9.如权利要求1所述一种生物诱导增殖中空纤维膜制备方法，包括如下步骤：
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤s1所述所述中空纤维包括中空纤维均质膜和中空纤维编织管增强复合膜，且中空纤维膜的孔径为0.1-1000nm，中空纤维的外径0.2-2mm，内径0.1-1.5mm；所述中空纤维的材质包括聚四甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚有机硅树脂、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺(pei)、聚砜、聚醚砜、聚乙烯-聚乙烯醇共聚物(evoh)、聚乳酸、醋酸纤维素(ca)、尼龙和玻璃纤维中的任意一种或者多种的复合组合。
11.一种生物诱导增殖中空纤维膜及其co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器的制备方法，所述生物诱导增殖中空纤维膜及其co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器可应用工业废气处理、温室气体减排、生物能源生产、养殖等领域。将co2捕集技术与co2生物合成、资源化利用技术有机结合，实现了co2的高效捕集和资源化利用，形成了双向促进的技术体系。这种技术不仅有助于控制环境污染，还能实现co2的良性碳循环，为碳达峰和碳中和提供了重要的突破途径。
12.一种生物诱导增殖中空纤维膜及其co2捕集固碳微藻养殖膜生物反应器的制备方法，所述的中空纤维膜表面扩增繁殖的微藻，可以通过反应器内中空纤维膜组件底部曝气、中空纤维膜由内至外曝气、中空纤维膜表面水冲洗或中空纤维膜由内至外反冲洗等一种或多种组合的方式从中空纤维膜表面剥离，再采用过滤、气浮或离心等方式收集、浓缩微藻，获得的微藻经后处理生加工，可应用于生物柴油、蛋白质或多糖、生物酶等原料，也可应用于养殖饵料、饲料以及高附加值化学品原料。
