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工业加速发展为人们的生活提供便利,但也引发了能源危机和温室效应。汽车尾气、工业锅炉、烟道气排放的CO2量逐渐增加,其中石灰窑尾气中CO2浓度高达40%。随着《联合国气候变化框架公约》的签署,人们对碳排放治理的关注越来越多。微藻可以通过光合作用将CO2转化为生物能源,缓解能源和温室效应的危机,具有良好的产业化前景。然而,目前传统的微藻悬浮培养存在培养密度低、生物质采收困难,成本高等瓶颈,制约了微藻的工业化生产。本文设计了一款基于毛细效应的吸附式微藻培养装置,通过对碳源供给方案、通气方案以及培养参数优化,以期达到高效微藻生物固碳和高效生物燃料生产的双重目标。1)首先,本文探索了吸附式培养系统的微藻细胞对无机碳源的吸收机制。以莱茵衣藻(Chlamydomonas sp.JSC4)为培养对象,通过添加NaHCO3的方式改变培养系统的HCO3-与CO2的投入比,分析无机碳源对固定化微藻生长及生物燃料生产的影响。结果表明,固定化微藻细胞更倾向直接利用空气中的CO2分子(生物膜产率20.25 gm-2d-1),而添加2mM的NaHCO3可以进一步促进细胞碳水化合物含量的提高(38.70%),有利于提高生物燃料如生物乙醇、丁醇的产率。2)其次,分析微藻生物膜吸收CO2传质机理。以5%CO2为研究对象,结合计算流体力学(CFD)技术与微藻培养实验,获得高效固碳的吸附式反应器通气方案。结果表明:采用进气口在反应器顶部,出气口在反应器下部的通气结构,对CO2进行预加湿处理,CO2对微藻生物膜传质效果得到提高(生物膜产率31.80 gm-2d-1),采取通/断30/30 min的通气间隔微藻固碳率为65.70 gm-2d-1。3)然后,为提高固定化微藻对高浓度CO2气体的处理能力,以高浓度40%CO2为研究对象,基于CFD技术模拟获得通气流速、间隔实验参数,进行微藻培养验证实验。结果表明:间歇通气降低了高浓度CO2对微藻细胞抑制作用,在3-7%浓度区间微藻生物膜产率为39.37 g m-2 d-1,CO2固定率达到92.14 g m-2 d-1,通过间歇通气设置固定化微藻可以直接用于处理高浓度CO2工业废气。4)最后,本文对微藻进行了不同浓度CO2的固碳性能分析和光照策略优化。研究了CO2浓度、光照强度对微藻生物质产量、固碳量、生物燃料产量的影响。结果表明:在CO2浓度5%,光照强度308 μmol m-2s-1培养条件下,微藻收获生物膜产率为66.8 g m-2 d-1,固碳量为583.46 gm-2,碳水化合物含量为63.13%,适用于生物燃料生产。