一種絮凝劑及其用途和處理微藻培養(yǎng)液的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種絮凝劑，該絮凝劑由一種原料組合物混合均勻后得到，所述原料組合物含有水、殼聚糖、水溶性有機(jī)酸和水溶性金屬化合物，所述水溶性金屬化合物能夠水解產(chǎn)生金屬氫氧化物膠體。另一方面，本發(fā)明提供了一種處理微藻培養(yǎng)液的方法，其中，該方法包括：將如上所述的絮凝劑溶解于水中，得到絮凝劑溶液；并且將待處理的微藻培養(yǎng)液與所述絮凝劑溶液接觸，使微藻絮凝。本發(fā)明還提供了如上所述的絮凝劑在處理微藻培養(yǎng)液中的用途。通過上述技術(shù)方案，采用本發(fā)明的絮凝劑處理微藻培養(yǎng)液能夠?qū)⑿∏蛟宓幕厥章侍岣叩匠^90%。
【專利說明】一種絮凝劑及其用途和處理微藻培養(yǎng)液的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)微生物學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種絮凝劑、該絮凝劑的用途以及一 種處理微藻培養(yǎng)液的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微藻的光合效率高，生長(zhǎng)迅速，可以吸收大量二氧化碳（C02)，有效地降低溫室效 應(yīng)。微藻在生長(zhǎng)過程中吸收大量的營(yíng)養(yǎng)鹽類，為污水處理提供良好的途徑。特別是，微藻的 細(xì)胞中含有大量的脂肪酸酯，可望成為生物能源的重要基礎(chǔ)原料。
[0003] 但是，微藻養(yǎng)殖液濃度較低，一般不超過1%。并且微藻在微藻培養(yǎng)液中處于較為穩(wěn) 定的懸浮狀態(tài)，且微藻多為單細(xì)胞生物，其直徑通常在3-30ym之間。因此，將微藻從微藻 培養(yǎng)液中分離出來十分困難。
[0004] CN102051332A公開了用于微藻收集的絮凝劑，該絮凝劑是將殼聚糖和三氯化鐵等 溶于水中形成的，且該絮凝劑以加入微藻培養(yǎng)液中的方式使用。但是，該絮凝劑在處理微藻 培養(yǎng)液，特別是在處理小球藻培養(yǎng)液時(shí)，仍然具有分離微藻較為困難的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服分離微藻較為困難的缺陷，提供一種能夠更加方便有效地從 微藻培養(yǎng)液中分離微藻的絮凝劑和方法。
[0006] -方面，本發(fā)明提供了一種絮凝劑，該絮凝劑含有殼聚糖、水溶性有機(jī)酸和水溶性 金屬化合物，所述水溶性金屬化合物能夠水解產(chǎn)生金屬氫氧化物膠體。
[0007] 另一方面，本發(fā)明提供了一種處理微藻培養(yǎng)液的方法，其中，該方法包括：將如上 所述的絮凝劑溶解于水中，得到絮凝劑溶液；并且將待處理的微藻培養(yǎng)液與所述絮凝劑溶 液接觸，使微藻絮凝。
[0008] 本發(fā)明還提供了如上所述的絮凝劑在處理微藻培養(yǎng)液中的用途。
[0009] 通過上述技術(shù)方案，采用本發(fā)明的絮凝劑處理微藻培養(yǎng)液能夠?qū)⑿∏蛟宓幕厥章?提_到超過90%。
[0010] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0012] 本發(fā)明中，未做相反說明的情況下，氣體和液體的體積數(shù)值均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下手的 數(shù)值。
[0013] 一種絮凝劑，該絮凝劑含有殼聚糖、水溶性有機(jī)酸和水溶性金屬化合物，所述水溶 性金屬化合物能夠水解產(chǎn)生金屬氫氧化物膠體。
[0014] 所述絮凝劑中的各個(gè)組分可以在使用前分別獨(dú)立存放，也可以混合存放。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的絮凝劑，其中，相對(duì)于1L的水，殼聚糖、水溶性有機(jī)酸和水溶性金屬 化合物的含量可以在較大范圍內(nèi)變化，例如：
[0016] 其中，相對(duì)于每重量份的殼聚糖，有機(jī)酸的含量可以為1-100重量份。
[0017] 其中，相對(duì)于每重量份的殼聚糖，水溶性金屬化合物的含量可以為2. 5-100重量 份。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的絮凝劑，其中，為了進(jìn)一步增強(qiáng)絮凝劑的使用效果，優(yōu)選情況下，相 對(duì)于每重量份的殼聚糖，有機(jī)酸的含量為2. 5-90重量份，進(jìn)一步優(yōu)選為20-50重量份；水溶 性金屬化合物的含量為2. 5-10重量份，進(jìn)一步優(yōu)選為10-25重量份。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的絮凝劑，其中，所述殼聚糖是指由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì) (chitin)經(jīng)過脫乙酰作用得到的物質(zhì)，所述殼聚糖的N-脫乙酰度的數(shù)值可以在較大范圍 內(nèi)變化，只要能使所述殼聚糖溶于水即可，例如，所述殼聚糖的N-脫乙酰度可以在40mol% 以上，優(yōu)選地，所述殼聚糖的N-脫乙酰度為50-100m〇l%。其中，所述N-脫乙酰度的數(shù)值是 指根據(jù)文獻(xiàn)《溶劑對(duì)殼聚糖粘度及Markjtouwink方程參數(shù)的影響》（化學(xué)世界，2003年第8 期417頁）中記載的電位滴定法測(cè)量得到的數(shù)值。
[0020] 其中，所述殼聚糖的粘度也可以在較大范圍內(nèi)變化，例如在40mPa*s以上，優(yōu)選情 況下，所述殼聚糖的粘度為50-1000mPa?s。其中，所述殼聚糖的粘度是指所述殼聚糖溶于 水中所形成的濃度為1重量％的溶液的表觀粘度，所述殼聚糖的粘度的數(shù)值是指根據(jù)文獻(xiàn) 《溶劑對(duì)殼聚糖粘度及Markjtouwink方程參數(shù)的影響》（化學(xué)世界，2003年第8期417頁） 中記載的逐步稀釋法測(cè)量得到的數(shù)值。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的絮凝劑，其中，所述水溶性有機(jī)酸是指能夠溶于水的含有羧基的化 合物，優(yōu)選地，所述水溶性有機(jī)酸為乙酸、苯甲酸、乳酸、氯乙酸、丙酸、甲酸、草酸、檸檬酸和 酒石酸中的至少一種
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的絮凝劑，其中，所述水溶性金屬化合物為能夠水解產(chǎn)生金屬氫氧化 物膠體的水溶性金屬化合物，優(yōu)選地，所述水溶性金屬化合物為氯化鋁、氯化鐵、硫酸鋁、硫 酸鋁鉀、硫酸鐵、氯化亞鐵和硫酸亞鐵的至少一種。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種處理微藻培養(yǎng)液的方法，其中，該方法包括：將如上所述的絮 凝劑溶解于水中，得到絮凝劑溶液；并且將待處理的微藻培養(yǎng)液與如上所述的絮凝劑溶液 接觸，使微藻絮凝。
[0024] 其中，絮凝劑的各組成成分可以同時(shí)、單獨(dú)或順序溶解于水中。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，絮凝劑溶液的濃度可以在較寬的范圍內(nèi)變化，只要能使 絮凝劑充分溶解即可；例如相對(duì)于1L的水，所述絮凝劑的用量可以為0. 5_50g;為了進(jìn)一步 增強(qiáng)絮凝劑的使用效果，優(yōu)選情況下，相對(duì)于1L的水，所述絮凝劑的用量為l_20g。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述接觸的條件可以包括：相對(duì)于1體積的待處理的微 藻培養(yǎng)液，所述絮凝劑溶液的用量為〇. 0005-0. 05體積。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，為了進(jìn)一步增強(qiáng)絮凝劑的使用效果，優(yōu)選情況下，所 述接觸的條件包括：相對(duì)于1體積的待處理的微藻培養(yǎng)液，所述絮凝劑溶液的用量為 0? 001-0. 02 體積。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述接觸的條件還可以包括：接觸的溫度為15_35°C， 接觸的時(shí)間為30-200分鐘。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述方法還可以包括：將微藻絮凝后的物料進(jìn)行過濾。
[0030] 其中，過濾的方法沒有特別的要求，可以為壓濾或抽濾，例如板框壓濾。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述微藻的分類信息是指按照文獻(xiàn)(Michael Guiry(2005) ?''AlgaeBase-listingtheworld'salgae".TheIrishScientist: 74-75)中 的分類體系確定的。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述待處理的微藻培養(yǎng)液中的微藻的種類沒有特別的 限制，可以為各種可培養(yǎng)的微藻。本發(fā)明的方法特別適合用于產(chǎn)油微藻的微藻培養(yǎng)液的 處理，優(yōu)選情況下，所述待處理的微藻培養(yǎng)液中的微藻為小球藻屬（Chlorella)、葡萄藻屬 (Botryococcus)、擬微球藻屬（Nannochloropsis)、紅球藻屬（Haematococcus)和綠球藻屬 (Chlorococcum)、中的至少一種的微藻。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，本發(fā)明的方法特別適合用于產(chǎn)油工程微藻的微藻 培養(yǎng)液的處理，優(yōu)選情況下，所述待處理的微藻培養(yǎng)液中的微藻為小球藻（Chlorella sorokiniana)、原始小球藻（Chlorellaprotothecoides)、蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻（Chlorellavulgaris)中的至少一種。
[0034] 本發(fā)明還提供了如上所述的絮凝劑在處理微藻培養(yǎng)液中的用途。
[0035]目前，具有較大的產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值的產(chǎn)油工程微藻為小球藻屬（Chlorella)的微藻， 例如小球藻（Chlorellasorokiniana)、原始小球藻（Chlorellaprotothecoides)、蛋白核 小球藻（Chlorellapyrenoidosa)和普通小球藻（Chlorellavulgaris)中的至少一種。小 球藻屬（Chlorella)的微藻較其他產(chǎn)油微藻更加難以從微藻培養(yǎng)液中通過絮凝沉淀而得到 分離。本發(fā)明的絮凝劑和方法特別適合用于通過絮凝沉淀而將小球藻屬（Chlorella)的微 藻從微藻培養(yǎng)液中分離。
[0036] 以下將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037] 制備實(shí)施例1
[0038] 按照文獻(xiàn)（《不同培養(yǎng)基及組成對(duì)兩種小球藻生長(zhǎng)和油脂的影響》，生物學(xué)雜志， 2012年第4期12-16頁）中的方法培養(yǎng)小球藻（Chlorellasorokiniana)，該小球藻 (Chlorellasorokiniana)購(gòu)自ATCC，商品號(hào)為22521?，共得到5份小球藻培養(yǎng)液，第1份 小球藻培養(yǎng)液0D值為5. 99,第2份小球藻培養(yǎng)液0D值為6. 89,第3份小球藻培養(yǎng)液0D值 為7. 76,第4份小球藻培養(yǎng)液0D值為6. 2。
[0039] 按照文獻(xiàn)（《不同培養(yǎng)基及組成對(duì)兩種小球藻生長(zhǎng)和油脂的影響》，生物學(xué)雜志， 2012年第4期12-16頁）中的方法培養(yǎng)普通小球藻（Chlorellavulgaris),該普通小球藻(Chlorellavulgaris)購(gòu)自ATCC，商品號(hào)為30821?，共得到1份普通小球藻培養(yǎng)液，0D值 為 5. 99。
[0040] 實(shí)施例1
[0041]將0. 2g殼聚糖(購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，批號(hào)F20100408，N-脫乙酰度為 80-95mol%，粘度為50-800mPa?s)、7g水溶性有機(jī)酸（乙酸）和3. 5g水溶性金屬化合物(三 氯化鐵）溶于l〇〇〇mL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液1。
[0042] 實(shí)施例2
[0043] 將0. 025g殼聚糖(與實(shí)施例1中相同）、0. 5g水溶性有機(jī)酸（乙酸)和0. 625g水溶 性金屬化合物(三氯化鋁）溶于lOOOmL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液2。
[0044] 實(shí)施例3
[0045] 將0. 3g殼聚糖（與實(shí)施例1中相同)、15g水溶性有機(jī)酸（乙酸）和3g水溶性金屬 化合物(三氯化鐵）溶于l〇〇〇mL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液3。
[0046] 實(shí)施例4
[0047] 將0.lg殼聚糖(與實(shí)施例1中相同)、0.lg水溶性有機(jī)酸（乙酸）和10g水溶性金 屬化合物(三氯化鐵）溶于l〇〇〇mL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液4。
[0048] 實(shí)施例5
[0049] 將0.lg殼聚糖(與實(shí)施例1中相同)、10g水溶性有機(jī)酸（乙酸)和0. 25g水溶性金 屬化合物(三氯化鐵）溶于l〇〇〇mL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液5。
[0050] 實(shí)施例6
[0051] 將O.Olg殼聚糖(與實(shí)施例1相同)、0. 35g有機(jī)水溶性酸（乙酸)和0. 175g水溶性 金屬化合物(三氯化鐵）溶于l〇〇〇mL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液6。
[0052] 實(shí)施例7
[0053] 將lg殼聚糖(與實(shí)施例1相同)、35g有機(jī)水溶性酸（乙酸)和17. 5g水溶性金屬化 合物(三氯化鐵）溶于l〇〇〇mL水中，攪拌溶解后得到絮凝劑溶液7。
[0054] 實(shí)施例8
[0055] 按照實(shí)施例1的方法制備絮凝劑溶液，不同的是，使用的殼聚糖為購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán) 化學(xué)試劑有限公司，批號(hào)F20100410，N-脫乙酰度為50?80mol%，粘度為50?lOOOmPa 的殼聚糖，得到絮凝劑溶液8。
[0056] 對(duì)比例1
[0057] 使用水作為絮凝劑溶液DB1。
[0058] 對(duì)比例2
[0059] 按照實(shí)施例1的方法制備絮凝劑溶液，不同的是，不加入水溶性金屬化合物和有 機(jī)酸，得到絮凝劑溶液DB2。
[0060] 對(duì)比例3
[0061] 按照實(shí)施例1的方法制備絮凝劑溶液，不同的是，不加入水溶性金屬化合物，得到 絮凝劑溶液DB3。
[0062] 測(cè)試實(shí)施例1
[0063] 室溫下，分別取制備實(shí)施例1中的0D值為5. 99的第1份小球藻培養(yǎng)液800mL，在 lOOrprn的攪拌下分別加入實(shí)施例1-8得到的絮凝劑溶液1-8和對(duì)比例1-3得到的絮凝劑溶 液DB1-3各lmL。加入完成后攪拌30分鐘；靜置30分鐘分層。
[0064] 分別測(cè)定絮凝效率和分層后下層的過濾速率。其中，絮凝效率是指原藻液0D值減 去加入絮凝劑后液面下2cm處藻液0D值，與原藻液0D值之比；過濾速率(將單位時(shí)間內(nèi)獲 得的濾液體積稱為過濾速率）是根據(jù)文獻(xiàn)（《化工原理》，陳敏恒，華東理工大學(xué)出版社）中的 方法測(cè)定得到的。測(cè)定得到的數(shù)值如表1所示。
[0065] 表 1
[0066]

【權(quán)利要求】
1. 一種絮凝劑，該絮凝劑含有殼聚糖、水溶性有機(jī)酸和水溶性金屬化合物，所述水溶性 金屬化合物能夠水解產(chǎn)生金屬氫氧化物膠體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絮凝劑，其中，相對(duì)于每重量份的殼聚糖，有機(jī)酸的含量為 1-100重量份；水溶性金屬化合物的含量為2. 5-100重量份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的絮凝劑，其中，相對(duì)于每重量份的殼聚糖，有機(jī)酸的含量為 20-50重量份；水溶性金屬化合物的含量為10-25重量份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的絮凝劑，其中，所述殼聚糖的N-脫乙酰度為 50_100mol%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的絮凝劑，其中，所述殼聚糖的粘度為50-1000mPa ? s。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3和5中任意一項(xiàng)所述的絮凝劑，其中，所述水溶性有機(jī)酸為乙酸、 苯甲酸、乳酸、氯乙酸、丙酸、甲酸、草酸、檸檬酸和酒石酸中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3和5中任意一項(xiàng)所述的絮凝劑，其中，所述水溶性金屬化合物為氯 化鋁、氯化鐵、硫酸鋁、硫酸鋁鉀、硫酸鐵、氯化亞鐵和硫酸亞鐵中的至少一種。
8. -種處理微藻培養(yǎng)液的方法，其中，該方法包括：將權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的 絮凝劑溶解于水中，得到絮凝劑溶液；并且將待處理的微藻培養(yǎng)液與所述絮凝劑溶液接觸， 使微藻絮凝。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，相對(duì)于1L的水，所述絮凝劑的用量為0. 5-50g。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，相對(duì)于1L的水，所述絮凝劑的用量為l-20g。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述接觸的條件包括：相對(duì)于1 體積的待處理的微藻培養(yǎng)液，所述絮凝劑溶液的用量為〇. 0005-0. 05體積。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述接觸的條件包括：相對(duì)于1體積的待處理 的微藻培養(yǎng)液，所述絮凝劑溶液的用量為〇. 001-0. 02體積。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8-10和12中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述接觸的條件還包括： 接觸的溫度為15_35°C，接觸的時(shí)間為30-200分鐘。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8-10和12中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法還包括：將微藻 絮凝后的物料進(jìn)行過濾。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8-10和12中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述待處理的微 藻培養(yǎng)液中的微藻為小球藻屬（Chlorella)、葡萄藻屬（Botryococcus)、擬微球藻屬 (Nannochloropsis)、紅球藻屬（Haematococcus)和綠球藻屬（Chlorococcum)中的至少一 種的微藻。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述待處理的微藻培養(yǎng)液中的微藻為小球 藻（Chlorella sorokiniana)、原始小球藻（Chlorella protothecoides)、蛋白核小球藻 (Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻（Chlorella vulgaris)中的至少一種。
17. 權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的絮凝劑在處理微藻培養(yǎng)液中的用途。
【文檔編號(hào)】C12N1/12GK104342374SQ201310319498
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】孫春燕, 劉偉, 黃緒耕, 周旭華, 榮峻峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院