膜法細(xì)胞光合固定和催化轉(zhuǎn)化去除CO2的研究.pdf

1、載人航天器或潛艇等密閉空間中CO2的去除，是環(huán)控生保系統(tǒng)的重要任務(wù)之一。密閉空間中CO2去除技術(shù)首先要求裝置高效、穩(wěn)定、安全，其次是體積小、重量輕、能耗低、壽命長(zhǎng)，以及操作和維護(hù)簡(jiǎn)便。本論文針對(duì)上述目標(biāo)，選擇了細(xì)胞生物光合固定和催化轉(zhuǎn)化法去除低濃度CO2。細(xì)胞光合固定指通過(guò)小球藻光合作用生物固定CO2;細(xì)胞催化轉(zhuǎn)化法指利用細(xì)胞表面展示技術(shù)，將碳酸酐酶展示于大腸桿菌細(xì)胞外膜，然后將該細(xì)胞應(yīng)用于含液液膜反應(yīng)器作為生物催化劑，用于CO2氣體分

2、離。主要包括以下五方面的內(nèi)容：
　　 (1)設(shè)計(jì)了一種以膜組件為氣體分布器的氣升式光生物反應(yīng)器用于小球藻光合固定去除CO2。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了細(xì)胞受光均一性及藻液光衰減問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合膜技術(shù)特點(diǎn)，增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)部的氣液傳質(zhì)效率?？疾炝藲怏w流量、光強(qiáng)、光質(zhì)、膜材料、膜組件長(zhǎng)度和膜數(shù)量對(duì)小球藻光合固定低濃度CO2的影響。比較了膜式光生物反應(yīng)器和常規(guī)鼓泡式、膜接觸式光生物反應(yīng)器的性能差異；
　　 (2)研制了螺旋管膜式光生

3、物反應(yīng)器(MSTR)。考察了不同氣液流量、光照強(qiáng)度下MSTR和其他兩個(gè)常規(guī)光生物反應(yīng)器(BCTR,MCTR)內(nèi)的傳質(zhì)、混合以及小球藻CO2固定效率。BCTR使用多孔管作為氣體分布器，而MCTR引入膜組件并接觸式進(jìn)行氣液傳質(zhì)。為了全面評(píng)估MSTR在小球藻培養(yǎng)固碳中的性能，實(shí)驗(yàn)考察了反應(yīng)器內(nèi)pH、溶解氧、細(xì)胞損傷、傳質(zhì)特征時(shí)間、混合特征時(shí)間以及CO2反應(yīng)特征時(shí)間；
　　 (3)掌握小球藻光合固碳機(jī)理，建立小球藻生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型是提高細(xì)

4、胞CO2去除效率的有效途徑。因?yàn)橐粋€(gè)準(zhǔn)確的模型是設(shè)計(jì)高效光生物反應(yīng)器以及優(yōu)化反應(yīng)器操作和培養(yǎng)條件的前提。本文在Eilers和Peetrs模型基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)全面反映光強(qiáng)、pH和溶氧對(duì)小球藻生長(zhǎng)影響的數(shù)學(xué)模型，并且為模型中的每個(gè)步驟都賦予一定的生化涵義；
　　 (4)本文以大腸桿菌為宿主，利用完整和短縮的冰核蛋白作為載體蛋白，對(duì)幽門螺旋桿菌（Helicobacter pylori26695）的α型碳酸酐酶(HP1186)進(jìn)行表面

5、展示研究。冰核蛋白的基因來(lái)源于丁香假單胞菌(Pseudomonas syringae，KCTC1832)。兩種含有不同啟動(dòng)子的質(zhì)粒用于融合基因的構(gòu)建。SDS-PAGE電泳、二維凝膠電泳、Western免疫印跡、免疫熒光顯微術(shù)、流式細(xì)胞儀和全細(xì)胞ELISA被用于檢測(cè)確認(rèn)碳酸酐酶的展示效果。通過(guò)分析碳酸酐酶的活性、宿主的生長(zhǎng)情況、外膜完整性、酶的熱穩(wěn)定性和蛋白酶穩(wěn)定性，最后確定合適的質(zhì)粒類型和冰核蛋白長(zhǎng)度。
　　 (5)中空纖維膜反