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进入21世纪以来,随着社会经济的高速发展,化石能源需求激增,生态环境污染问题愈渐显著。为此习近平总书记提出了“绿水青山就是金山银山”的环保理念,其中高碳排放是影响环境稳定的重要因素,而减少碳排放,降低大气中二氧化碳含量,无疑是非常直接和有效的方法。作为当代可再生能源代表的新兴生物能源为缓解这个问题带来了希望。生物能源已经从最初通过粮食发酵生产乙醇发展到现在的通过藻类使其直接合成乙醇和柴油,微藻作为生产生物柴油最有潜力的原料,与普通的油料作物相比,具有生长速率快、油脂含量高、CO2利用率高、光合效率高、环境适应性强、不挑剔培养场所（可利用贫瘠的土地）、可生产出高品质的生物柴油等优点。在微藻的培养中,影响其产量的瓶颈在于过高的培养成本,而在微藻的培养过程中适当补充一定浓度的CO2可明显地提高微藻的生长速度和生物量,既能降低养藻成本,还能减少CO2的排放。在微藻培养过程中补充气态CO2,已经有一些报道,但所用的CO2大都是实验室化学合成产生的,所有的培养体积大都在1L以下,且培养条件为无菌培养。本实验室前期研发了可以较精确输出特定浓度CO2的二氧化碳浓度控制系统（3C）（以下称为3C-1.0系统）。通过试验应用发现3C-1.0系统还有待升级的空间,如只能输出一种浓度的CO2混合气,不能自动去除因曝气顶升出的微藻藻体富集,另外,混气罐无可视机械压力表,导致其观察压力不方便,以及各通路气体输出不能相互独立控制等,导致其在试验中有明显的局限性。为了扩展该“3C”系统的使用场景和完善其功能,本研究旨在做出升级优化,并利用该装置实际开展微藻培养试验。在本实验室前期完成的3C-1.0系统基础上,添加的二氧化碳检测器模块分时循环检测程序,进一步优化混气模块,重新设计了“3C”系统的气动系统和机电系统,以便减小混气罐体积、合并混气检测和混气输出接口,优化显示屏程序、PLC控制程序和电路设计,以及增加混气模块结构等,来完成新一代3C-2.0系统的设计和组装。并利用3C-2.0系统开展微藻培养试验,包括不同CO2浓度对微藻培养的影响;不同培养基对微藻培养的影响;高CO2浓度下不同藻种培养效果的比较;半收获连续小球藻培养体系的建立;开展了利用壳聚糖作为絮凝剂絮凝蛋白核小球藻的试验;并初步开展了低温冻融蛋白核小球藻藻体富集试验。经过硬件和软件的升级及优化,在3C-1.0基础上,实现了升级版的3C-2.0系统,实现了CO2浓度控制器3C的改进优化总装;改进后的2.0版本实现了多种CO2浓度的输出;增加了增压曝气功能;2.0版本具有优化的人机交互界面;可更为灵活的设置气体输出的方式。用3C-2.0系统开展了不同浓度CO2对微藻生长影响,对不同藻种和不同培养基的比较试验,结果均表明增加CO2浓度能促进微藻的生长,4%的CO2的促进效果优于空气、2%、6%和8%;利用壳聚糖的微藻絮凝,发现最合适絮凝小球藻的壳聚糖浓度为40mg/L,可以6h内絮凝几乎全部的小球藻,发现高pH值对壳聚糖的絮凝有抑制作用,低pH值对壳聚糖的絮凝没有明显影响;开展了低温冻融对微藻沉降效果的影响试验,初步结果表明较快的冻融速度有助于微藻的沉降,藻液体积越大,低温冻融沉降效果越不明显,并发现了蛋白核小球藻FACHB-9在-20℃下的低温冻融沉降效果最好,其采收率达到了80%以上。通过优化混气程序、混气模块结构和优化混气罐接口等实现了3C-2.0系统的设计和组装,利用该系统开展了微藻培养中的一些应用,增加CO2浓度可以提高小球藻和莱茵衣藻的生长速度。发现壳聚糖作为絮凝剂可絮凝蛋白核小球藻,低温冻融也可以富集沉淀蛋白核小球藻。