一种处理包括二氧化碳的气体的方法与流程

1.本发明涉及一种处理包括二氧化碳的气体的方法，其中在厌氧条件下，在包括载体和微生物的电子荷电填充床存在下将二氧化碳转化为甲烷。


背景技术：

2.一篇题为“在产甲烷生物电化学系统中用作阴极的颗粒状碳基电极(granular carbon-based electrodes as cathodes in methane-producing bioelectrochemical systems)”(dandan liu,marta roca-puigros,florian geppert,leire caiz
á
n-juanarena,susakul p.na ayudthaya,cees buisman和annemiek ter heijne.生物工程与生物技术前沿，2018年6月|第6卷，第78章)的期刊文章描述了一种方法，在该方法中，在厌氧条件下，在包括活性炭颗粒和混合培养微生物的电子荷电填充床的存在下将二氧化碳转化为甲烷。co2以气体方式供给至ph值为7.1的水溶液。将由包括活性炭颗粒和混合培养微生物的电子荷电填充床组成的生物阴极以充电2分钟与不充电4分钟的交替方式进行充电。报告的“电流转化为甲烷”的效率为55％。报告的总体能效为25％。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提高生成甲烷的能效。
4.这一目的通过以下方法来实现。
5.一种在厌氧条件下，通过将包括溶解二氧化碳的水溶液与包括载体和微生物的生物膜的电子荷电填充床接触来将二氧化碳转化为甲烷的方法，
6.其中水溶液中90mol％以上的溶解二氧化碳以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。
7.申请人发现，当溶解二氧化碳以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在时，所述方法实现了明显更节能的甲烷转化。
8.溶解二氧化碳可以以含水二氧化碳、碳酸、碳酸氢盐离子以及碳酸盐离子的形式存在。水溶液中溶解二氧化碳的主要部分以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。水溶液中90mol％以上，优选地95mol％以上的溶解二氧化碳以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。这些化合物存在于水溶液中的ph条件为：优选地7.5以上，优选地7.7以上，更优选地8以上，甚至更优选地8至10，更优选地8.5至9.5。这些碱性条件可通过弱酸和强碱之间形成的碱性盐(例如，碳酸氢钠和碳酸氢钾)来实现。这种碱性盐可通过加入钠阳离子或钠和钾阳离子形成。钠阳离子或钠和钾阳离子的总浓度适当地为0.3至4m，优选地0.4至2m，甚至更优选地0.5至1.5m。所得水溶液是进一步包括碳酸钠和碳酸氢钠或碳酸钾和碳酸氢钾或其混合液的缓冲溶液。碱性水溶液适当地进一步包括用于微生物的营养素。适当营养素的示例是诸如铵、维生素和矿物元素等营养素。可能需要向碱性水溶液中添加此类营养素，以保持活性微生物。
9.厌氧条件适当地可通过在没有分子氧的情况下，优选地也在没有例如硝酸盐等其
他氧化剂的情况下进行该方法来实现。“在没有分子氧的情况下”是指在该方法中，在加载的水溶液中的分子氧浓度最高为10μm分子氧，优选地最高为1μm分子氧，更优选最高为0.1μm分子氧。可视为氧化剂的硫酸盐可以以低浓度(例如，160μm)存在，作为所谓沃尔夫矿物质溶液的一部分。已经发现，低浓度的硫酸盐不会对所需的二氧化碳转化产生负面影响。
10.该方法通过在厌氧条件下，将水溶液与包括活性炭颗粒和微生物的电子荷电填充床接触来进行，其中二氧化碳转化为甲烷。微生物可为微生物的混合培养物或单一培养物。微生物的混合培养物适当地从厌氧生长培养物中获得。适当地，混合培养物包括嗜氢产甲烷菌，例如甲烷杆菌(methanobacterium)。还可存在更多微生物，包括厌氧菌或兼性厌氧菌，例如δ-变形菌(deltaproteobacteria)和β-变形菌(betaproteobacteria)等变形菌。
11.混合培养微生物优选地从厌氧系统(例如，厌氧生长培养物)中获得。因此，混合培养物可从厌氧发酵罐(例如，用于厌氧链延伸的厌氧发酵罐)、厌氧消化反应器(例如，上流式厌氧污泥床反应器(uasb))等厌氧生物反应器的污泥中获得。提供污泥的其他适当生物反应器是膨胀颗粒污泥床(egsb)、序批式反应器(sbr)、连续搅拌反应釜(cstr)或厌氧膜生物反应器(anmbr)。在本文中，术语污泥是指含有微生物混合培养物的半固态絮状物或颗粒。
12.载体可以为生物膜提供表面并且具有充足电容特性的任何载体。优选地，载体具有生物相容性，并且具有用于附着微生物以及加强本体溶液与电极的质量转移的三维颗粒结构。优选地，载体是碳基载体。适当碳基载体的示例是石墨和活性炭颗粒。
13.载体的填充床适当地包括活性碳颗粒或粒子、或由活性碳材料(例如，由活性碳粉末颗粒或活性生物炭颗粒)改性的电极。适当地，该床是具有500至1500m2/g活性表面区域的活性炭颗粒填充床，并且其中微生物以生物膜形式存在于所述活性表面区域的表面上。高比表面提供了微生物存在的表面。因此，每体积的高比表面提供了较大容量，以在每体积的反应器空间内进行二氧化碳转化为甲烷的所需反应。
14.颗粒尺寸要适当，使得：一方面，水溶性组分的质量输送在颗粒之间的空间中是可能的，而且不会造成高压降。这意味着对于颗粒尺寸，将会有一个实际下限。另一方面，颗粒不应太大，因为这会导致活性炭颗粒微孔内产生长移动距离。颗粒的体积直径可为0.5至10mm，优选地1至4mm。
15.优选地，包括活性炭颗粒的电子荷电填充床是进一步包括阳极的生物电化学系统中的生物阴极的一部分。生物阴极适当地包括在填充床中排列的活性炭颗粒的体积。填充床与集流体接触，所述集流体可为导电电极材料(例如，包括石墨板或毡或金属网，优选地不锈钢网等材料的碳)的表面。集流体设置为使得填充床可利用所述集流体中的电子进行充电。
16.将填充床进一步置于生物电化学系统的阴极空间中，所述阴极空间与生物电化学系统的阳极空间流体连接，并且通过阳离子交换膜与阳极空间隔开。为了压缩活性炭颗粒的填充床，最好在阳极空间中加入惰性颗粒(例如，玻璃珠)，以反平衡填充床对阳离子交换膜的压力。
17.存在于阳极的水溶液被称为阳极电解液，存在于阴极的水溶液被称为阴极电解液。适当地进行再循环，在再循环中，部分阴极电解液供给至阳极，成为阳极电解液的一部分；部分阳极电解液供给至阴极，成为阴极电解液的一部分。据发现，当进行此类再循环时，
会得到一个更有效的方法，其中水溶液中溶解二氧化碳的主要部分以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。
18.优选地，当氧供给至阴极成为阴极电解液的一部分时，可存在于阳极电解液中的氧含量应该很低。可通过气液分离的方式，从阳极电解液流中去除氧来降低氧含量。另外，也可使用物理或化学除氧剂(例如，亚硫酸盐或有机物清除剂)来降低氧含量。此外，还可用o2游离气体(例如，n2和/或co2)来净化阳极电解液。氧也可通过电化学去除技术从阳极电解液中去除。
19.优选地，当甲烷供给至阳极成为阳极电解液的一部分时，可存在于阴极电解液中的甲烷含量应该很低。可通过气液分离的方式从阳极电解液流中去除甲烷，从而降低甲烷含量。
20.在此类系统中，活性炭颗粒的填充床可通过如下方式进行充电：通过向生物电化学系统施加电位，以在生物阴极和阳极之间产生电流，从而在阳极提供电子，并在阴极向填充床供应电子。在阳极发生水氧化等氧化反应，以提供所需电子。电位可通过外部电源(例如，风能和/或太阳能产生的电力)发电来实现。另外，电子和电源也可部分地通过在阳极的化学反应来提供。这种化学反应的一个示例是生物有机物(即，cod)氧化，如“解读不同条件下嗜热厌氧消化池-微生物电解池耦合系统中的活性微生物群落(unravelling the active microbial community in a thermophilic anaerobic digester-microbial electrolysis cell coupled system under different conditions)”(cerrillo,m.,m.和bonmat
í
,a.(2017年)《水研究》110,192-201)中所描述的。
21.阳极将置于阳极空间中，并且可由适合所选电子供体进行氧化的材料制成。作为电子供体的水用优选材料是铂、钌、铱、涂覆有铱的钛及其混合物。适当阳极材料的一个示例是铂铱涂覆钛板。优选地，阳极是铱涂覆钛网，例如钌铱涂覆钛网。据发现，铱钽涂覆钛网对水氧化的电化学催化性能比铂铱涂覆钛阳极的高。实验结果已表明，水解离所需的阳极电位远低于先前实验中的阳极电位，即：在5a/m2的电流密度下，参比电极为ag/agcl(3m kcl)时阳极电位为1.14v，而先前实验在相同电流密度下，参比电极为ag/agcl(3mkcl)时阳极电位为1.9v。预计在10a/m2的高电流密度下，阳极电位会提高。然而，阳极电位的实际提高可忽略不计。
22.荷电填充床适当地充电，直到电容为10至100f/g。优选地，在包括生物阴极、阳极和阳离子交换膜的生物电化学系统中进行充电。电子荷电填充床是生物阴极的一部分。通过向生物电化学系统施加电压/电流，在生物阴极和阳极之间产生一定时间的电流，使填充床填充入电子，以对填充床充电。优选地，通过对生物阴极的集流体施加相对ag/agcl为-0.50至-0.60v的阴极电位，或通过对阴极电极施加2至200a/m2的电流密度，优选地5至120a/m2的电流密度，对填充床充电。
23.电子荷电填充床不一定必须连接到外部电源，使在进行该方法时无电力供应。当填充床上充满足够的电子时，发现该方法进行了很长一段时间。例如，在未向电子荷电填充床供电的情况下，该方法可进行0.03至12小时，优选地0.05至10小时。这样比较有利，因为这允许使用非连续电源，优选地可持续和可再生外部电源(例如，例如太阳能和/或风能)发电。当此类非连续电源暂时无法使用时，该方法的操作能力是有利的。
24.可使用电子荷电填充床作为上述生物电化学系统的一部分来进行该方法，其中未
向生物电化学系统的电子荷电填充床供电。在此类实施例中，在进行上述方法之前，通过向生物电化学系统施加电位，以在生物阴极和阳极之间产生电流，从而对填充床充电。也可在填充床按上述方式充电时，进行该方法。还有一种可能是进行该方法时，其中由于没有外部电源，填充床以交替充电和不充电的方式进行充电。在这个实施例中，在进行该方法时会生成一些净电荷。然后，系统连接外部电源供电。
25.也可在多于一个的生物电化学系统中进行该方法，每个系统包括生物阴极和阳极；其中一个生物电化学系统进行该方法，而另一个生物电化学系统则进行充电。进行该方法的系统可以在未向电子荷电填充床供电的情况下进行。向带电生物电化学系统供电，使得填充床充满电子。可选地，当填充床通过对生物电化学系统施加电位/电流来充电时，多于一个生物电化学系统中的另一个生物电化学系统进行该方法。
26.适当地，在活化步骤中获得包括载体和微生物的生物膜的填充床。在ph值大于8和厌氧条件下通过在阴极电位向包括载体和来自厌氧污水处理厂污泥的微生物的生物膜的填充床提供一定量的电流来进行活化步骤，其中阴极电位低于在参比电极为ag/agcl(3m kcl)时为-0.61v的理论析氢电位。已经发现，与未进行此类活化时的填充床相比，所得填充床，特别是包括活性炭颗粒和混合培养微生物的填充床更加坚固，并且避免在阴极发生析氢。在接通电流源后，优选地进行活化直到获得稳定和最佳电位为止。
27.本发明还涉及一种激活或重新激活生物电化学系统的方法，该方法在厌氧条件下和ph值大于8的情况下，通过提供一定量的电流，使得阴极电位相比ag/agcl(3m kcl)低于-0.61v，生物电化学系统包括阳极和生物阴极，生物阴极包括填充床，填充床包括载体和来自厌氧污水处理厂污泥的混合培养微生物。为了避免混淆，通过在阴极电位提供电流来进行上述激活或重新激活生物电化学系统的方法，阴极电位比在ph值为7时相比ag/agcl(3m kcl)为-0.61v的理论析氢电位更正。理论析氢电位与ph值有关。例如，在ph值为8.5时，理论析氢电位相比ag/agcl(3m kcl)为-0.71v。
28.包括溶解二氧化碳的水溶液可为特制溶液或自然存在的溶液(例如，海水)。通过将包括二氧化碳的气体与ph值大于8的水溶液接触来获得水溶液，可获得特制水溶液，其中溶解二氧化碳的主要部分以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。在此类吸附工序步骤中，ph值大于8的水溶液适当地包括上述钠离子或钠和钾离子。包括气体的二氧化碳可为包括二氧化碳的任何气体。此类气体的示例为在燃烧过程中获得的烟气、水煤气变换过程生成的废气、合成气、用于废水处理的厌氧消化生成的生物气、空气、胺酸气、天然气、伴生气、(生物)炼厂气、源于生物质、煤或其他有机残留物气化的气流。
29.通常在气体和液体反流吸附或接触塔中进行吸附工序步骤。适当地，在立式塔中进行吸附工序步骤，其中包括气体的二氧化碳不断地供给至塔的较低位置，而碱性水溶液则不断地供给至塔的较高位置，从而使基本向上流动的气体流与基本向下流动的液体流接触。塔的下端设有负载的水溶液出口，上端设有二氧化碳含量较低的气体出口。
30.在吸附工序中，水溶液的ph值会因溶解二氧化碳而下降。由于这个原因，起始水溶液及其组合物的ph值优选地应在所得液体水溶液中，溶解二氧化碳的主要部分以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。可选地，在吸附步骤后加入碱性化合物以达到这些条件。
31.吸附工序步骤中的温度可为5至45℃，优选地30至40℃。压力可为0绝压至100绝
压，优选地大气压至80绝压。
32.优选地，进行吸附工序步骤，使得没有氧溶解于负载的水溶液中。这可通过从氧含量低的二氧化碳气体开始来实现。然而，如果气体中含有氧，则需要进行一些预处理。允许存在微量氧，因为在一个优选实施例中，微量氧也会经由膜从形成氧的阳极进入阴极室。
33.优选地，包括二氧化碳的气体与ph值大于8且包含在根据本发明的方法中所得的溶解甲烷的水溶液进行反流接触，并且其中气体从水溶液中剥离甲烷，以获得包含甲烷的气体。通过这种方式，甲烷从水反应混合物中有效分离，同时使用相同单元操作来吸附二氧化碳。
具体实施方式
34.图1示出了本发明方法的一个可能工艺方案。包括二氧化碳的气体1在吸附塔3中与ph值大于8且包括在反应器4中所得溶解甲烷的水溶液2反流接触。在塔3中，气体1从水溶液2中剥离甲烷，以获得包括甲烷的气体。通过这种方式，从水反应混合物2、2a中有效分离甲烷，而在同一塔3中吸附二氧化碳。以气流5方式获得富甲烷气体。在包括溶解碳的所得水溶液6中，溶解二氧化碳的主要部分以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。该水溶液6在热交换器7中冷却，并在厌氧条件下供给至包括载体和微生物生物膜的电子荷电填充床8。在电子荷电填充床8中，二氧化碳作为碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子与甲烷进行反应。普遍认为，这是在没有形成氢作为中间反应产物的情况下实现的。电子荷电填充床8是生物电化学反应器4中生物阴极8a的一部分，生物电化学反应器4进一步包括阳极9和离子交换膜10，以避免可在阳极9形成的氧流向生物阴极8a。膜是可选膜。如果反应器4设计成在生物阴极8a生成的甲烷没有最终进入阳极9，并且在阳极9生成的氧没有最终进入生物阴极8a，则不需要膜。
35.在生物阴极8a所得的水反应混合物(2、2a)经由混合容器13供给至塔3中。可向混合容器13加入补充水14、补充苛性钠15、补充营养素和维生素16。阴极电解液排出流17从该工艺中排出部分阴极电解液。
36.水在阳极被氧化，并且形成的氧经由18排放到阳极电解液缓冲罐19中。反应器9的阳极电解液室经由20供给新鲜阳极电解液。在该容器中，分子氧被分离为21。加入补充水22和补充苛性钠23，并且由阳极电解液排出流24从工艺中排出部分水溶液。
37.部分阳极电解液12供给至混合容器13中，成为阴极电解液的一部分；部分阴极电解液11供给至阳极电解液缓冲液容器19中，成为阳极电解液的一部分。可对这些流11、12进行处理，以降低上述氧含量和甲烷含量。
38.本发明通过以下非限制性示例进行说明。在这些示例中，示出了该方法的能效。该能效定义如下。一般来说，作为根据本发明方法的电子驱动方法的能效描述为最终在目标终产物甲烷中的外部电能。能效计算如公式1所示。
39.η
能量 ＝ η
产物
ꢀ×ꢀ
η
电压
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式1)
40.对于本发明的ch4生成过程，η
产物
是电流转化甲烷效率。这被描述为以ch4形式从电流中捕获电子的效率，其计算方法如公式2所示。
[0041][0042]
其中，n
ch4
是在一定时间(t)内生成的甲烷量(摩尔)；8是生成1个ch4分子所需的电子量；f是法拉第常数(96485c/mol e-)；i是电流(a)。
[0043]
电压效率(η
电压
)被描述为最终输入ch4中的部分能量(即运行系统所需的电池电压)，其计算方式如公式3所示。
[0044][0045]
在这个公式中，δg
ch4
是co2氧化为ch4的吉布自由能的变化(890
×
103j/mol ch4)；e
电池
是采用的电池电压(v)；8是生成一个ch4分子所需的电子量；f是法拉第常数(96485c/mol e-)。
[0046]
示例1
[0047]
操作生物电化学系统(bes)，进行为期60天的实验。bes设置与“颗粒状碳基电极在产甲烷生物电化学系统中的阴极作用(granular carbon-based electrodes as cathodes in methane-producing bioelectrochemical systems)”(liu,dandan,marta roca-puigros,florian geppert,leire caiz
á
n-juanarena,na ayudthaya,p.susakul,cees buisman和annemiek ter heijne.生物工程和生物技术前沿.6(2018年):78)中描述的bes设置类似。阴极电极是完全填充入阴极室中的10.3g颗粒状活性炭。普通石墨板用作集流体。阳极室和阴极室的流道分别为33cm3(11cm
×
2cm
×
1.5cm)。投影表面积为22cm2(11cm
×
2cm)的阳离子交换膜将阳极室和阴极室隔开。阳极电解液和阴极电解液的总体积分别为500ml和330ml。阴极电解液循环瓶设计为增加h/d(高度/直径)比，以便更好地吸附co2。为了去除在阳极电极上生成的o2，采用阳极电解液94ml/min的高流速。同时，在阳极电解液再循环瓶中，以80ml/min的速度持续鼓泡n2。阴极电解液再循环速度为11ml/min。
[0048]
阴极室灌输了来自eerbeek的上流式厌氧污泥床反应器(uasb)消化的30ml厌氧污泥。灌输厌氧污泥的挥发性悬浮物为30.6g/l。产甲烷bes由恒电势器进行静电控制(固定电流)。此外，通过万用表手动监测电池电压。对阳极电解液和阴极电解液的液体样本的ph值和电导率进行测量，每周两次。所得结果如下。
[0049]
最初，阴极电解液由50mm的磷酸盐缓冲液(1.36g/l的kh2po4和5.67g/l的na2hpo4)与0.2g/l的nh4cl、1ml/l的沃尔夫维生素溶液和1ml/l的沃尔夫改性矿物质溶液组成。阳极电解液仅由50mm的磷酸盐缓冲液组成。由于阴极电解液和阳极电解液使用相同的磷酸盐缓冲液，因此阴极电解液和阳极电解液的初始ph值和电导率相同(即ph值为6.7，电导率为7.68ms/cm)。起动周期后(未示出)(第0天至第30天)，当在生物阴极以5a/m2的电流密度提供电子时，获得稳定性能。在这期间，所得电压效率为约50％，库仑效率和库仑效率为83-85％，使得能效为40-42％。
[0050]
30天后，阴极电解液和阳极电解液改为高盐介质。高盐介质含有1.0m的碳酸盐/碳酸氢盐缓冲液，且电导率为约40ms/cm(na:k比为4:1)。介质含有0.2g/l的nh4cl、1ml/l的沃尔夫维生素溶液和1ml/l的沃尔夫改良矿物质溶液。阴极电解液的所得ph值为7.7至7.8。更
改介质后，电压效率立即增加到83％。库仑效率最初下降到65％。该下降可用对生物阴极的渗透性冲击来解释。然而，经过几天的操作，生物膜适应，库仑效率恢复到85％左右。因此，由于介质的变化，产甲烷bes的能效η
能量
从43％提高至65-70％。另参见图2，其中用圆圈表示库仑效率，开放三角形表示电压效率，闭合正方形表示能效。

技术特征：
1.一种通过在厌氧条件下，将包括溶解二氧化碳的水溶液与包括载体和微生物的生物膜的电子荷电填充床接触来将二氧化碳转化为甲烷的方法，其中所述水溶液中90mol％以上的溶解二氧化碳以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体是活性炭颗粒或活性生物炭颗粒。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，未向所述电子荷电填充床供电。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电子荷电填充床是进一步包括阳极、离子交换膜和阴极的生物电化学系统中生物阴极的一部分，其中通过向所述生物电化学系统施加电位，使生物阴极与阳极之间产生一段时间的电流，以对填充床进行充电。5.根据权利要求4所述的方法，其中，存在于所述阳极的所述水溶液被称为阳极电解液，存在于所述阴极的所述水溶液被称为阴极电解液，并且其中进行再循环，在所述再循环中，部分阴极电解液供给至所述阳极，成为所述阳极电解液的一部分，并且部分阳极电解液供给至所述阴极，成为所述阴极电解液的一部分。6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述电子荷电填充床是进一步包括阳极的生物电化学系统中的生物阴极的一部分，并且其中在通过向所述生物电化学系统施加电位，使生物阴极与阳极之间产生电流的一个时刻，进行所述方法，并且其中在未向所述电子荷电填充床供电的另一个时刻，进行所述方法。7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，在多于一个生物电化学系统中进行所述方法，每个系统包括所述生物阴极和阳极，并且其中在未向一个或多个生物电化学系统的所述电子荷电填充床供电的情况下，在所述一个或多个生物电化学系统中进行所述方法，并且其中向所述多于一个生物电化学系统中的一个或多个其他生物电化学系统的填充床供电，使得所述填充床在未进行所述方法时利用电子充电。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，当未向所述电子荷电填充床供电时，进行所述方法0.03至12小时。9.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，供电是由太阳能和/或风能产生的电力。10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其中，通过向阴极电极施加相比ag/agcl(3m kcl)为-0.50至-0.60v的阴极电位，或通过向所述阴极电极施加5至200a/m2的电流密度，对所述填充床充电。11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中，所述阳极是涂覆有铱和/或钽的钛网。12.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，供电通过所述阳极上的化学反应产生。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述填充床是具有500至1500m2/g活性表面区域的活性炭颗粒填充床，并且其中所述微生物以生物膜形式存在于所述活性表面区域的表面上。14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述水溶液的ph值大于7.7。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述水溶液的ph值大于8。16.根据权利要求14至15中任一项所述的方法，其中，所述水溶液包括0.3至4m的钠阳
离子或钠和钾阳离子。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述水溶液包括0.4至2m，优选地0.5至1.5m的钠阳离子或钠和钾阳离子。18.根据权利要求4至17中任一项所述的方法，其中，所述载体和微生物的生物膜均在活化步骤中获得，所述活化步骤在ph值大于8和厌氧条件下通过在阴极电位向填充床提供一定量的电流来进行，所述填充床包括载体和微生物的生物膜，并且所述阴极电位比在ph值为7时相比ag/agcl(3m kcl)为-0.61v的理论析氢电位更正；其中所述微生物是厌氧污水处理厂污泥的混合培养微生物。19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，包括溶解二氧化碳的所述水溶液通过将包括二氧化碳的气体与ph值大于8的水溶液接触来获得，其中所述溶解二氧化碳的主要部分以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。20.根据权利要求19所述的方法，其中，包括二氧化碳的所述气体与根据权利要求1-18中任一项所述的方法所获得的水溶液反流接触，所述水溶液ph值大于8并且包含溶解甲烷；并且其中所述气体将所述甲烷从所述水溶液中剥离，以获得包括甲烷的气体。21.一种激活或重新激活生物电化学系统的方法，该方法在ph值大于8和厌氧条件下，通过提供一定量的电流，使得阴极电位比在ph值为7时相比ag/agcl(3m kcl)为-0.61v的理论析氢电位更正，所述生物电化学系统包括阳极和生物阴极，所述生物阴极包括填充床，所述填充床包括载体和来自厌氧污水处理厂污泥的混合培养微生物。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述载体是活性炭颗粒或活性生物炭颗粒。

技术总结
本发明涉及一种在厌氧条件下，通过将包括溶解二氧化碳的水溶液与包括载体(适当地为活性炭颗粒)和微生物的生物膜的电子荷电填充床接触来将二氧化碳转化为甲烷的方法，其中所述水溶液中90mol％以上的溶解二氧化碳以碳酸氢盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。盐离子和/或碳酸盐离子的形式存在。


技术研发人员：刘丹丹 弗雷德里克斯
受保护的技术使用者：帕克尔有限公司
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2023/8/13