(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210698472.3 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 齐鲁工业大学 地址 250300 山东省济南市长清区大 学路 3501号 (72)发明人 臧立华　莫号娥　于斐　董维芳　 周茂娟　 (74)专利代理 机构 济南竹森知识产权代理事务 所(普通合伙) 37270 专利代理师 朱家富 (51)Int.Cl. C12P 5/02(2006.01) C12N 1/38(2006.01) C12N 1/20(2006.01) C12R 1/01(2006.01) (54)发明名称 一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发 酵产甲烷中的应用 (57)摘要 本发明涉及一种羟基磷灰石在以丙酸为底 物的厌氧 发酵产甲烷中的应用， 属于清洁 能源生 产技术领域。 本发明是利用羟基磷 灰石促进以丙 酸为底物的厌氧发酵产甲烷， 提高甲烷产量和产 甲烷速率。 本发 明将羟基磷灰石应用到以丙酸为 底物的厌氧发酵产甲烷过程中， 可 以提高酶活、 促进微生物 生长， 增加微生物数量以及微生物的 富集能力。 通过富集厌氧发酵细菌、 促进生物膜 的形成和为微生物的生长繁殖提供必要元素及 优良场所等而提高以丙酸为底物的厌氧发酵产 甲烷体系的 甲烷产量。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 115216495 A 2022.10.21 CN 115216495 A 1.一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用， 是利用羟基磷灰石促 进以丙酸 为底物的厌氧发酵产甲烷， 提高甲烷产量和产甲烷速率。 2.如权利要求1所述的应用， 其特征在于， 所述羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵 体系中的添加量为20～600mg/L； 进一步优选为100～400mg/L； 进一步优选为100～200mg/ L； 最优选为10 0mg/L。 3.如权利要求2所述的应用， 其特征在于， 所述的以丙酸为底物的厌氧发酵体系 包括底 物丙酸、 具有活性的接种污泥和羟基磷灰石。 4.如权利 要求1所述的应用， 其特征在于， 所述羟基磷灰石中O、 Ca、 P的元素百分比分别 为46.14‑49.23wt％、 34.47 ‑37.83wt％、 16.03 ‑17.35wt％， 比表面积为4.538 ‑4.789m2/g， 孔隙体积为0.0 56‑0.058cc/g， 平均孔隙直径为 46.937‑49.952nm。 5.如权利 要求4所述的应用， 其特征在于， 所述羟基磷灰石中O、 Ca、 P的元素百分比分别 为49.23wt％、 34.47wt％、 16.30wt％， 比表面积为4.751m2/g， 孔隙体积为0.058cc/g， 平均 孔隙直径为 49.952nm。 6.如权利要求4所述的应用， 其特征在于， 所述羟基磷灰石中O、 Ca和P的元素百分比分 别为48.01wt％、 34.64wt％和17.35wt％； 比表面积为4.639m2/g， 孔隙体积为0.057cc/g， 平 均孔隙直径为 47.275nm。 7.如权利要求4所述的应用， 其特征在于， 所述羟基磷灰石中O、 Ca和P的元素百分比分 别为46.14wt％、 37.83wt％和16.03wt％； 比表面积为4.703m2/g， 孔隙体积为0.057cc/g， 平 均孔隙直径为 46.952nm。 8.如权利要求4所述的应用， 其特征在于， 所述羟基磷灰石中O、 Ca和P的元素百分比分 别为47.76wt％、 35.88wt％和16.36wt％； 比表面积为4.781m2/g， 孔隙体积为0.057cc/g， 平 均孔隙直径为 47.063nm； 优选的， 所述羟基磷灰石中O、 Ca和P的元素百分比分别为46.83wt％、 36.42wt％和 16.75wt％； 比表面积为 4.538m2/g， 孔隙体积为0.0 56cc/g， 平均孔隙直径为 46.937nm。 9.如权利要求1所述的应用， 其特 征在于， 所述应用的具体步骤为： (1)接种污泥培养： 在35～37℃下将活性污泥进行厌氧培养20～30天， 以富集厌氧微生 物， 得接种污泥； (2)制备以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷培养基： 发酵反应在反应器 中进行， 厌氧发酵 产甲烷培养基包括步骤(1)的接种污泥和去离子水， 其中， 接种污泥在反应器中的体积占比 为28～32％， 其余为去离子水， 再加入丙酸5mL， 制得以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷培养 基； (3)以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷： 将羟基磷灰石投加至步骤(2)以丙酸为底物的厌 氧发酵产甲烷培养基中， 所述羟基磷灰石的添加量为20～600mg/L， 在35～37℃下进行厌 氧 发酵产甲烷， 并收集甲烷。 10.如权利要求9所述的应用， 其特征在于， 所述步骤(2)用N2冲洗反应器顶空部分30s， 形成厌氧环境。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115216495 A 2一种羟基 磷灰石在以丙 酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用 技术领域 [0001]本发明属于清洁能源生产技术领域， 涉及 一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧 发酵产甲烷中的应用。 背景技术 [0002]由于对全球碳减少排放和能源供应安全的持续关注， 高能量密度的低碳能源比传 统的低能量密度的高碳能源更加有利。 在这种趋势下， 氢能被认为是21世纪的清洁能源的 代表。 首先， 氢是一种清洁能源载体， 不含碳原子， 在其燃烧过程中不会产生温室气体或有 害物质； 其次， 氢 是一种高密度的能量载体， 其质量能量密度高于汽油和柴油等传统燃料。 [0003]暗发酵提供了快速的H2生物生产方法， 发酵过程中会产生适合厌氧发酵产甲烷的 末端产物(如乙醇、 丙酸和丁酸)。 将厌 氧发酵产氢的发酵产 物作为产甲烷细菌的底物， 进而 探究产甲烷体系中发酵产 物种类和甲烷产率。 产甲烷细菌是厌氧生物处理系统中参与有机 物厌氧消化过程的最后一类， 也是最重要的一类菌群。 添加羟基磷灰石(HA)材料后， 通过提 高酶活性来改变微生物群落结构， 促进细胞合成、 提高细菌活性。 中国专利文献CN   114410695  A(申请号202111655104.2)公开了一种羟基磷灰石及其制备方法， 以及羟基磷 灰石在暗发酵制氢中 的应用， 将羟基磷灰石加入到暗发酵制氢体系中， 提高H2产率。 该发明 采用煅烧手段， 可以有效避免传统制备方法中的粒径大、 不均匀和团聚的问题； 所得羟基磷 灰石粒子具有高生物活性， 具备良好的应用前景； 将羟基磷灰石应用到暗发酵产氢过程中， 可以弥补发酵过程中存在的微生物数量及富集能力低、 微量元素不足和酶活性差等缺陷， 通过富集厌氧发酵细菌、 促进生物膜的形成和为微生物的生长繁殖提供必要 元素及优良场 所等而提高暗发酵系统的氢气产量。 [0004]研究表明， 羟基磷灰石的添加促进了难降解有机物的降解， 释放出更多的底物， 在 一定程度上提高了代谢率。 添加适量的羟基磷灰石可以增加厌氧发酵产甲烷的速度， 这一 结果可以通过酶的活性、 细胞外聚合物(EPS)的优化和微生物群落结构来提升。 因此， 本研 究探讨羟基磷灰石的添加对厌氧发酵产甲烷影响， 以及羟基磷灰石的添加对产甲烷微生物 的影响。 发明内容 [0005]针对现有技术的不足， 本发明提供了一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵 产甲烷中的应用， 提高了 以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷过程中的甲烷产量和产 甲烷速 率。 [0006]本发明采用以下技 术方案： [0007]一种羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵产甲烷中的应用， 是利用羟基磷灰石 促进以丙酸 为底物的厌氧发酵产甲烷， 提高甲烷产量和产甲烷速率。 [0008]根据本发明优选的， 所述羟基磷灰石在以丙酸为底物的厌氧发酵体系中的添加量 为20～600mg/L； 进一步优选为100～400mg/L； 进一步优选为100～200mg/L； 最优选为说　明　书 1/7 页 3 CN 115216495 A 3