多相光生化轉化過程中的界面行為及能質傳遞強化

《多相光生化轉化過程中的界面行為及能質傳遞強化》是依託重慶大學，由廖強擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：多相光生化轉化過程中的界面行為及能質傳遞強化
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：廖強
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

針對微生物能源轉化和污染治理領域光生化反應系統中典型的多相流動與傳遞問題，從認識多相光生化轉化過程中的界面行為和能質傳遞機理及規律著手，提出生化轉化過程多尺度強化思想。研究微藻細胞能質跨膜傳遞及轉化機理，探索提高光合效率和固碳的基因改造方法；研究微生態環境中的信號分子調控微生物生長代謝的機理及特性，揭示固相界面上信號分子和底物傳遞以及微生物生長的耦合關係；研究多相生化反應體系中微生物的微觀運動和固相界面吸附特性，獲得微槽結構表面和具有信號分子的固體界面上微生物成膜規律和傳遞特性；研究細胞懸浮液中氣液兩相界面與微生物的相互作用機制，得到微生物吸附及微觀遷移行為對界面傳遞的影響規律；研究氣液兩相流非平衡非線性的微觀界面行為及其強化傳遞的作用；構建多相生化轉化的多層次多過程的協同強化理論及方法。豐富熱物理學科內涵，促進學科交叉，推動生物質能利用和環境污染治理技術發展，具有重要的理論價值和實際意義

結題摘要

本項目針對微生物能源轉化和污染治理領域光生化反應系統中典型的多相流動與傳遞問題，從認識多相光生化轉化過程中的界面行為和能質傳遞機理及規律著手，提出生化轉化過程多尺度強化思想。主要研究微藻細胞能質跨膜傳遞及轉化機理、微生態環境中的信號分子調控微生物生長代謝的機理及特性、多相生化反應體系中微生物的微觀運動和固相界面吸附特性、細胞懸浮液中氣液兩相界面與微生物的相互作用機制，從而建立多相生化轉化過程強化理論及方法。通過系統實驗研究和理論分析，獲得光合作用和糖含量均有提高的共轉殖株，探明與微藻細胞CO2跨膜傳輸和轉化相關的基因及蛋白質，得到促進微藻細胞CO2傳輸和光合作用的基因工程改造及培養最佳化方法。分離出3株產AHLs信號分子的細菌，獲得信號分子傳遞與微生物生長代謝調控的規律並揭示循環水系統中生物膜形成過程微生物的演替規律。建立液相流動條件下細菌運動模型及非均勻濃度條件下趨化運動模型，獲得不同生物膜反應器結構、流場、濃度場下細菌運動及附著特性，揭示流動邊界層對細菌運動、附著及成膜過程的關鍵影響規律。製備出SiO2–殼聚糖-培養基有良好生物兼容性的生物膜載體，光合細菌的吸附能力提高7.1倍。耦合光纖多因素（溫度、pH、底物濃度、生物膜厚度、產氫量等）線上測量及反饋調節系統，建立生物膜光合產氫過程強化方法。系統地研究了微藻細胞在含CO2氣液相界面的微觀行為、吸附機理和特性，吸附有微藻的兩相界面CO2傳遞機理及傳遞行為。基於氣液流動及界面傳遞行為、光能傳遞特性、微藻生長對營養物質消耗速率，建立微藻游離細胞懸浮液光生物反應器多相多階段傳遞強化機理及方法，並提出一種綜合考慮不可逆損失和產能速率的評價光生化反應器性能的熱力學分析方法。在CO2跨膜傳輸、信號分子調控、生物膜光纖線上測量、含微藻細胞的氣液界面行為及界面傳遞、高效光生物反應器、多相生化轉化強化方法等方面進行了創新，為微生物光生化轉化高效反應器的套用及發展奠定了基礎。