技术领域
本发明属于微藻生物技术以及资源回收利用领域，具体涉及一种利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法。
背景技术
煤炭燃烧是全球CO
而煤燃烧产生的烟气通常含有N
然而，烟气中的灰分通常含有一些有益微藻生长的成分，比如Fe、Mg、Mo、Co、Zn等，这些元素与玻璃相、无定形和晶体纳米矿物有关，主要以纳米金属氧化物的形式存在。例如，含磁铁矿、赤铁矿、针铁矿的铁纳米矿物通常在粉煤灰的相关研究中被识别出来。因此，利用烟气中有价值的无机成分与微藻能源生产系统相结合是非常有价值的。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法，包括以下步骤：
(1)在微藻培养过程中，将烟气中的飞灰颗粒进行水洗收集；
(2)向水洗后的飞灰颗粒中加入盐酸，在80-100℃下反应1.5-2.5小时，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的三价铁离子；
(3)取步骤(2)反应后的溶液加入络合剂，将铁转化成络合态铁；
(4)取步骤(3)得到的溶液加入到微藻培养基中，使得最终的铁元素的质量浓度为1.0-10.0mol/L，进行培养微藻。
进一步地，步骤(2)中，加入盐酸，使盐酸的浓度为2mol/L。
进一步地，步骤(2)中，反应温度为85℃。
进一步地，步骤(2)中，反应时间为2小时。
进一步地，取步骤(3)中，将铁转化成络合态铁的方法为：按照铁离子和络合剂的摩尔浓度比为1：1.2加入络合剂，并在pH为6.0条件下静置12小时以使其进行充分络合。
进一步地，所述的微藻为蛋白核小球藻。
进一步地，步骤(4)中，微藻培养基由以下成分组成：NaNO
进一步地，整个培养过程的培养条件为：向培养基中通入体积分数为15％的CO
进一步地，步骤(3)中，络合剂为柠檬酸钠，络合态铁为Fe-Citrate。
进一步地，步骤(4)中，最终的铁元素的质量浓度为5.0mol/L。
本发明的有益效果是：
本发明将烟气中的铁元素进行收集，转化和利用，将微藻不能吸收的氧化态铁转化成离子态铁，然后加入络合剂，继续转化成更加有利于微藻吸收和利用的络合态铁，最后通过优化铁的浓度，优选出铁的质量浓度为5.0mg/L，此浓度能有效促进微藻的产油量和产油效率的提高。该发明可以将烟气中的有用成分加以转化利用，资源化利用烟气中的铁元素，用以培养微藻，提高微藻的生长和产有率。
附图说明
图1是不同盐酸浓度下，氧化态铁转化为铁离子的转化效率图。
图2是不同温度下氧化态铁转化为铁离子的转化效率图。
图3不同反应时间下氧化态铁转化为铁离子的转化效率图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
实施例1
一种转化利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法，包括以下步骤：
(1)在微藻培养过程中，将烟气中的飞灰颗粒进行水洗收集；
(2)向水洗后的飞灰颗粒中加入盐酸，进行反应，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的三价铁离子；
(3)取步骤(2)反应后的溶液加入络合剂，将铁转化成络合态铁；
(4)取步骤(3)得到的溶液加入到微藻培养基中，用来促进微藻生长和产油。
步骤(2)中，盐酸浓度为2.0mol/L，具体为：在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入5ml的2.0mol/L盐酸。
将纳米三氧化二铁和二氧化硅颗粒进行混合以模拟烟气中的飞灰，利用纳米三氧化二铁模拟烟气中的氧化态铁；取飞灰0.5g，其中的三氧化二铁的质量为0.075g，步骤(2)中，反应时间为2小时，反应温度设置为80℃，并利用水浴加热的方式维持体系的反应温度。
本实施例中，主要是为了研究氧化态铁转化成铁离子的转化率，所以具体实施时，没有进行步骤(3)-(4)。
对比例1-1
在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入1.0mol/L盐酸；其他条件或者实施方式与实施例1一致。
对比例1-2
在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入1.5mol/L盐酸；其他条件或者实施方式与实施例1一致。
对比例1-3
在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入3.0mol/L盐酸；其他条件或者实施方式与实施例1一致。
对比例1-4
在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入4.0mol/L盐酸；其他条件或者实施方式与实施例1一致。
对实施例1与对比例1-1,1-2,1-3,1-4中氧化态铁转化为三价铁离子的转化效率进行检测，检测结果如图1所示。
由图1可知，反应体系中，随着盐酸浓度的提高，氧化态铁的转化率逐渐提高，当盐酸浓度为2.0mol/L时，转化率达到90.3％，盐酸浓度大于该浓度，再提高盐酸浓度，氧化态铁的转化率提高有限。
实施例2
一种转化利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法，包括以下步骤：
(1)在微藻培养过程中，将烟气中的飞灰颗粒进行水洗收集；
(2)向水洗后的飞灰颗粒中加入盐酸，进行反应，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的三价铁离子；
(3)取步骤(2)反应后的溶液加入络合剂，将铁转化成络合态铁；
(4)取步骤(3)得到的溶液加入到微藻培养基中，用来促进微藻生长和产油。
将纳米三氧化二铁和二氧化硅颗粒进行混合以模拟烟气中的飞灰，利用纳米三氧化二铁模拟烟气中的氧化态铁；取飞灰0.5g，其中的三氧化二铁的质量为0.075g。
在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入5ml的2.0mol/L盐酸。反应时间为2小时，反应温度为85℃，具体为：利用水浴加热的方式维持反应体系温度为85℃。
本实施例中，主要是为了研究氧化态铁转化成铁离子的转化率，所以具体实施时，没有进行步骤(3)-(4)。
对比例2-1
利用水浴加热的方式维持反应体系温度为40℃；其他条件或者实施方式与实施例2一致。
对比例2-2
利用水浴加热的方式维持反应体系温度为60℃；其他条件或者实施方式与实施例2一致。
对比例2-3
利用水浴加热的方式维持反应体系温度为75℃；其他条件或者实施方式与实施例2一致。
对比例2-4
利用水浴加热的方式维持反应体系温度为95℃；其他条件或者实施方式与实施例2一致。
对实施例2与对比例2-1,2-2,2-3,2-4中氧化态铁转化为铁离子的转化效率进行检测，检测结果如图2所示。
由图2可知，反应体系中，随着反应温度的提高，氧化态铁的转化率逐渐提高，当温度为85℃时，转化率达到最高，即95.3％。
实施例3
一种转化利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法，包括以下步骤：
(1)在微藻培养过程中，将烟气中的飞灰颗粒进行水洗收集；
(2)向水洗后的飞灰颗粒中加入盐酸，进行反应，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的三价铁离子；
(3)取步骤(2)反应后的溶液加入络合剂，将铁转化成络合态铁；
(4)取步骤(3)得到的溶液加入到微藻培养基中，用来促进微藻生长和产油。
将纳米三氧化二铁和二氧化硅颗粒进行混合以模拟烟气中的飞灰，利用纳米三氧化二铁模拟烟气中的氧化态铁；取飞灰0.5g，其中的三氧化二铁的质量为0.075g。
在步骤(2)反应初始，于反应体系中加入5ml的2.0mol/L盐酸；利用水浴加热的方式维持反应体系温度在85℃，反应时间为2.0小时。
本实施例中，主要是为了研究氧化态铁转化成铁离子的转化率，所以具体实施时，没有进行步骤(3)-(4)。
对比例3-1
反应时间持续0.5小时；其他条件或者实施方式与实施例3一致。
对比例3-2
反应时间持续1.0小时；其他条件或者实施方式与实施例3一致。
对比例3-3
反应时间持续1.5小时；其他条件或者实施方式与实施例3一致。
对比例3-4
反应时间持续2.5小时；其他条件或者实施方式与实施例3一致。
对实施例3与对比例3-1,3-2,3-3,3-4中氧化态铁转化为铁离子的转化效率进行检测，检测结果如图3所示。
由图3可知，反应体系中，随着反应时间的增加，氧化态铁的转化率逐渐提高，当反应时间为2.0小时，转化率达到97.0％，当反应时间为3.0小时，转化率达到98.3％。
实施例4
一种转化利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法，包括以下步骤：
(1)在微藻培养过程中，将烟气中的飞灰颗粒进行水洗收集；
(2)向水洗后的飞灰颗粒中加入盐酸，进行反应，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的三价铁离子；
(3)取步骤(2)反应后的溶液加入络合剂，将铁转化成络合态铁；
(4)取步骤(3)得到的溶液加入到微藻培养基中，用来促进微藻生长和产油。
本实施例中，所述微藻为蛋白核小球藻。将纳米三氧化二铁和二氧化硅颗粒进行混合以模拟烟气中的飞灰，利用纳米三氧化二铁模拟烟气中的氧化态铁(即铁氧化颗粒)；取飞灰0.5g，其中的三氧化二铁的质量为0.075g，
步骤(2)中，于反应体系中加入5ml的2.0mol/L盐酸，并在85℃下反应2小时，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的铁离子。
取步骤(3)中，将铁转化成络合态铁的方法为：按照铁离子和络合剂的摩尔浓度比为1：1.2加入络合剂，并在pH为6.0条件下静置12小时以使其进行充分络合。本实施例中，络合态铁为Fe-Citrate。
步骤(4)中，培养初始一次性添加Fe-Citrate至培养基中，Fe-Citrate为铁离子同柠檬酸钠络合后的产物。
使用的培养基为改良的BG11培养基，其由以下成分组成：NaNO
将培养基在121℃条件下灭菌30min，待培养基冷却至室温后分装到600mL圆底玻璃瓶中，分别添加不同的络合态铁，使得培养基中铁元素的浓度均为1.28mg/L,而后接种蛋白核小球藻进行培养；本实施例中，采用的络合态铁为Fe-Citrate(Fe-Citrate为铁离子同柠檬酸钠络合后的产物)。
整个培养过程的培养条件为：通入体积分数为15％的CO
对比例4-1
步骤(4)中，培养初始一次性添加FeCl
对比例4-2
步骤(4)中，培养初始一次性添加Fe-EDTA至培养基中，Fe-EDTA为铁离子同乙二胺四乙酸(EDTA)络合后的产物；其他条件或者实施方式与实施例4一致。
对比例4-3
步骤(4)中，培养初始一次性添加Fe-HEDTA至培养基中，Fe-HEDTA为铁离子同N-羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)络合后的产物；其他条件或者实施方式与实施例4一致。
对比例4-4
步骤(4)中，培养初始一次性添加Fe-DTPA至培养基中，Fe-DTPA为铁离子同二乙基三胺五乙酸(DTPA)络合后的产物；其他条件或者实施方式与实施例4一致。
实施例4及对比例1-4中微藻的生物量、油含量、产油效率如表1所示。
表1不同铁源培养下，蛋白核小球藻的生物量，油含量和产油效率
由表1可知，络合态铁相比较于对照组的FeCl
实施例5利用转化后的络合态铁Fe-Citrate培养蛋白核小球藻
一种转化利用燃煤电厂烟气中铁元素以促进微藻生长和产油的方法，包括以下步骤：
(1)在微藻培养过程中，将烟气中的飞灰颗粒进行水洗收集；
(2)向水洗后的飞灰颗粒中加入盐酸，进行反应，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的三价铁离子；
(3)取步骤(2)反应后的溶液加入络合剂，将铁转化成络合态铁；
(4)取步骤(3)得到的溶液加入到微藻培养基中，用来促进微藻生长和产油。
本实施例中，所述微藻为蛋白核小球藻。
将纳米三氧化二铁和二氧化硅颗粒进行混合以模拟烟气中的飞灰，利用纳米三氧化二铁模拟烟气中的氧化态铁(即铁氧化颗粒)；取飞灰0.5g，其中的三氧化二铁的质量为0.075g。
步骤(2)中，于反应体系中加入5ml的2.0mol/L盐酸，并在85℃下反应2小时，使铁氧化颗粒转化成可供微藻吸收利用的铁离子。
取步骤(3)中，将铁转化成络合态铁的方法为：按照铁离子和络合剂的摩尔浓度比为1：1.2加入络合剂，并在pH为6.0条件下静置12小时以使其进行充分络合。本实施例中，络合态铁为Fe-Citrate。
步骤(4)中，培养初始一次性添加5mg/L Fe-Citrate至微藻培养基中；Fe-Citrate为铁离子同柠檬酸钠络合后的产物。
使用的培养基为改良的BG11培养基，其由以下成分组成：NaNO
将培养基在121℃条件下灭菌30min，待培养基冷却至室温后分装到600mL圆底玻璃瓶中，添加一定浓度的Fe-Citrate，而后接种微藻进行培养；本实施例中，Fe-Citrate的浓度为5.0mg/L。
整个培养过程的培养条件为：通入体积分数为15％的CO
对比例5-1
步骤(4)中，培养初始一次性添加0mg/L Fe-Citrate至培养基中；其他条件或者实施方式与实施例5一致。
对比例5-2
步骤(4)中，培养初始一次性添加1.2mg/L Fe-Citrate至培养基中；其他条件或者实施方式与实施例5一致。
对比例5-3
步骤(4)中，培养初始一次性添加25mg/L Fe-Citrate至培养基中；其他条件或者实施方式与实施例5一致。
对比例5-4
步骤(4)中，培养初始一次性添加50mg/L Fe-Citrate至培养基中；其他条件或者实施方式与实施例5一致。
实施例4及对比例1-4中蛋白核小球藻的生物量、油含量、产油效率如表2所示。
表2不同浓度的Fe-Citrate培养条件下，蛋白核小球藻的生物量，油含量和产油效率
由表2可知，没有铁源的供应严重抑制了蛋白核小球藻的生长和产油，5.0mg/L是最佳的Fe-Citrate浓度，在该浓度下，培养9天后，蛋白核小球藻的生物量，油含量和产油效率分别达到了1603.50mg/L，25.88％，以及35.54mg/L/day。Fe-Citrate浓度大于该浓度，蛋白核小球藻的生物量，油含量和产油效率降低。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
机译： 微藻生长促进剂及其生产微藻生长促进剂的方法
机译： 属于纳维库拉（Navikura）属的微藻，通过培养微藻来生产油的方法，微藻的干藻体以及包括该微藻的培养步骤的二氧化碳固定方法
机译： 促进微藻生长并利用其的少突藻
