用于空气净化的光生物反应器系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 根据35 U.S.C. § 119(e)，本申请是要求2013年10月15日递交的申请号为 61/961，447的美国临时专利申请的权益的非临时专利申请，通过全文引用的方式将该美国 临时专利申请的公开内容包含于此。
技术领域
[0003] 本发明涉及空气净化。特别地，本发明涉及用于利用光合有机体降低空气中的二 氧化碳浓度的系统。本发明尤其适用于亚热带和温带气候地区。
【背景技术】
[0004] 来自车辆和工业的温室气体的排放是全球变暖的主要诱发因素之一并且导致地 球温度上升。二氧化碳（CO 2)占温室气体的68%。已经广泛地研究了通过各种方法来封存 CO2，其目的在于减少CO2至大气中的排放。通常，通过诸如用胺水溶液洗涤加之在高温下溶 剂再生和利用高压的物理溶剂分离等的化学和物理技术来捕获空气中的CO 2。捕获的CO2接 着被运输以进行离岸地质存储（Gibbins等，2008)。
[0005] 与传统的化学和物理方法相比，用于空气净化的生物方法目前被认为是更好的替 代方法。生物方法需要较温和的条件。在生物方法中排除了传统方法中所使用的高温、高 压和对环境有害的溶剂。生物方法还是更加可持续的。生物方法依赖于光合作用，以将不 需要的CO 2转化为氧，因此不需要用于存储CO2的物理存储空间。除了氧之外，在通过生物 方法去除CO 2期间还产生用于鱼饲料和肥料的有价值的生物质（例如，生物柴油）和化学 品（Chisti，2007)。
[0006] 然而，在去除二氧化碳时，局部气候影响光生物反应器的性能。因此，期望提供一 种适应于局部气候和环境因素的用于有效去除空气中的二氧化碳的光生物反应器系统。
【发明内容】
[0007] 在光合生物质有机体之中，微藻类因其高光合效率（Perrine等，2012)而被认为 是对于空气净化光生物反应器系统的应用来说是最合适的光合有机体。
[0008] 相应地，本发明提供一种使用微藻类的用于特别针对于亚热带至温带气候地区的 空气净化的系统。
[0009] 本发明的第一方面提供一种用于减少亚热带至温带气候地区的空气中的二氧化 碳的光生物反应器系统，所述系统包括：
[0010] 反应器槽，用于容纳1000000?1500000cell/mL浓度的培养基，其中培养基在 5?40°C的预定温度下包含小球藻种；
[0011] 进气口，空气在进气口处进入所述系统中；
[0012] 气泵和喷洒器，用于将空气作为小气泡以0. 1?2. OL/min的流速供给至培养基；
[0013] 温度控制器，其调节反应器槽的温度，使得空气和培养基的温度被保持在预定的 温度；
[0014] 光源，用于将强度为50?SOOym0InT2s- 1PPFD的光提供至培养基；以及
[0015] 出气口，具有降低的二氧化碳浓度的经净化气体在出气口离开所述系统。
[0016] 根据本申请请求保护的发明的一个实施方式，微藻类的类型为小球藻种。
[0017] 根据本申请请求保护的发明的一个实施方式，亚热带至温带气候地区为东南亚。
[0018] 根据本申请请求保护的发明的另一实施方式，所述地区为香港。
[0019] 根据本申请请求保护的发明的又一实施方式，培养基和空气被保持在15?30°C 的预定温度。
[0020] 根据本申请请求保护的发明的另一实施方式，培养基被保持在7?9pH。
[0021] 根据本申请请求保护的发明的另一实施方式，所述光源包括发光二极管、日光或 这两者。
[0022] 本申请请求保护的发明的第二方面提供了一种用于减少亚热带至温带气候地区 的空气中的二氧化碳的方法，所述方法包括：
[0023] 提供生物反应器系统；
[0024] 通过进气口将空气供给到生物反应器系统中；
[0025] 调整生物反应器系统的温度至预定的温度，使得空气和培养基的温度被保持在预 定的温度；
[0026] 给培养基提供强度为50?500 μ molmHPFD的光；以及
[0027] 在预定的温度下将空气作为小气泡以0. 1?2. OL/min的流速供给到培养基。
[0028] 与现有的任何生物反应器不同，本发明的光生物反应器系统和利用该光生物反应 器系统的净化空气的方法适于在亚热带至温带气候中高效地去除二氧化碳。
【附图说明】
[0029] 在下文中参照附图更加详细地描述本发明的实施方式，其中，
[0030] 图1是本发明的板状的光生物反应器的示意图。
[0031] 图2是本发明的管状的光生物反应器的示意图。
[0032] 图3是显示了在不同光强度（图3A)和不同温度（图3B)下小球藻种的比生长率 的曲线图。
【具体实施方式】
[0033] 为了说明本发明的构成和优点，以下结合附图和实施方式对本发明进行详细描 述。
[0034] 如图1中所示，本发明的光生物反应器系统包括用于容纳培养基的平板状的反应 器槽110。本发明的反应器槽可以是透明的、半透明的或反射的，从而光能够穿过反应器槽 并到达容纳于其中的微藻类以用于光合作用的。1000000?1500000cell/mL浓度的培养基 包括小球藻种（Chlorella species)的微藻类。在一个实施方式中，微藻类是小球藻种，可 适用于本发明的小球藻种包括但不限于蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa)和普通小 球藻（Chlorella vulgaris)。具体地，本发明的发明人发现小球藻种的培养基在亚热带至 温带气候地区展现了长而稳定的生命期限，使得能够进行二氧化碳的有效去除。据发现，添 加不是小球藻的其他种导致较短和较不稳定的生命期限，不能提供有效的二氧化碳去除。
[0035] 反应器槽可以被或者可以不被多个分隔部111分割，以布置各种不同的内部流 型。例如，多个分隔部111由交替地从反应器槽的相对侧突出的分隔部构成。本发明的光生 物反应器系统还包括一个或多个用于将经处理的空气供给到培养基中的进气口 130。通过 喷洒器或本领域中易于使用的任何其它适用的手段将经处理的空气作为气泡供给到培养 基中。在一个实施方式中，经处理的空气在反应器槽的底部以〇. 1?2. OL/min的流速鼓泡 至培养基中。培养基的温度控制在5?40°C。水浴槽或本领域中使用的任何其它温度控制 系统可被用于本发明的系统中，以控制反应器槽的温度，从而控制培养基和被处理的空气 的温度。在一个实施方式中，反应器槽、培养基和被处理的空气的温度被保持在15?30°C。 在另一实施方式中，培养基与被处理的空气温度是相同的。本发明的光生物反应器系统包 括将反应器槽的温度保持在预定的温度范围内的温度控制器（在图1中未示出）。反应器 槽被保持在5?40°C下或者被保持在15?30°C下。通过控制反应器槽的温度，被处理的 空气的温度也被保持在与反应器槽和培养基相等温度下。如果空气温度与培养基的温度不 同，则为了将培养基和被处理的空气的温度保持在预定的温度下，温度控制器也能够调整 反应器槽的内部温度。用于培养微藻类（如小球藻种）的培养基可以是适于微藻类生长的 任何种类的培养基。还可以使用混合的培养基。在一个实施方式中，培养基是BBM培养基 (Bold' s basal medium)。在另一实施方式中，培养基是布氏培养基（Bristol medium)和 痕量培养基（Trace medium)的混合。以下示出在本发明中使用的布氏培养基和痕量培养 基的化学成分和制备。
[0036] 布氏培养基
[0037] 布氏 A
【主权项】
1. 一种用于减少亚热带至温带气候地区的空气中的二氧化碳的系统，所述系统包括： 反应器槽，用于容纳1000000?1500000cell/mL浓度的培养基，其中所述培养基在 5?40°C的预定温度下包括小球藻种； 进气口，空气在进气口处进入所述系统中； 气泵和喷洒器，用于将空气作为小气泡以〇. 1?2. OL/min的流速供给到培养基； 温度控制装置，其调节反应器槽的温度，使得空气和培养基的温度被保持在预定温度 下； 光源，用于将强度为50?500 μ Hi0InT2s-1PPFD的光提供至培养基；以及 出气口，具有降低的二氧化碳浓度的净化气体在出气口离开所述系统。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述地区为东南亚。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述地区为香港。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中，小球藻种包括蛋白核小球藻和普通小球藻。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，培养基包括BBM培养基或者布氏培养基或痕量培 养基的混合物。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，布氏培养基包括硝酸钠、磷酸氢二钾、磷酸一钾、 氯化钠、氯化钙和七水硫酸镁。
7. 根据权利要求5所述的系统，其中，痕量培养基包括乙二胺四乙酸、氢氧化钾、七水 硫酸锌、四水合氯化锰（II)、钥酸钠、五水合硫酸铜（II)、六水合氯化钴（II)、七水合硫酸 铁（Π )和硫酸。
8. -种用于减少亚热带至温带气候地区的空气中的二氧化碳的方法，所述方法包括： 提供权利要求1所述的系统，其中系统容纳1000000?1500000cell/mL浓度的培养 基，其中所述培养基包括小球藻种的微藻类； 通过进气口将空气供给到所述系统中； 调整反应器槽的温度至预定温度，使得空气和培养基的温度被保持在预定温度下； 将强度为50?500 μ Hi0InT2s-1PPFD的光提供至培养基；以及 在预定的温度下将空气作为小气泡以〇. 1?2. OL/min的流速供给到培养基。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述地区为东南亚。
10. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述地区为香港。
11. 根据权利要求8所述的系统，其中，小球藻种包括蛋白核小球藻和普通小球藻。
12. 根据权利要求8所述的系统，其中，培养基包括BBM培养基或者布氏培养基和痕量 培养基的混合物。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，布氏培养基包括硝酸钠、磷酸氢二钾、磷酸一 钾、氯化钠、氯化钙和七水硫酸镁。
14. 根据权利要求12所述的系统，其中，痕量培养基包括乙二胺四乙酸、氢氧化钾、七 水硫酸锌、四水合氯化锰（II)、钥酸钠、五水合硫酸铜（II)、六水合氯化钴（II)、七水合硫 酸铁（II)和硫酸。
【专利摘要】本发明涉及空气净化。本发明提供一种用于降低亚热带至温带气候地区的空气中的二氧化碳浓度的系统以及使用该系统来降低二氧化碳浓度的方法。
【IPC分类】C12M1-04, C12M1-38, C12M1-00, C12N1-12, C12R1-89
【公开号】CN104560703
【申请号】CN201410545825
【发明人】张迪, 刘若天, 冯加晔, 吴嘉名
【申请人】纳米及先进材料研发院有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年10月15日
【公告号】US20150104857