專利名稱：利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種收集藻體的方法，特別涉及一種利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在能源危機對各行業(yè)影響日益加劇的今天，社會各界對可再生能源的關(guān)注度不斷提高，生物柴油作為化石能源的替代燃料，現(xiàn)已成為國際上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的環(huán)?？稍偕茉础鹘y(tǒng)的生物柴油的原料，一直集中在陳化糧、木質(zhì)素等領(lǐng)域，其生產(chǎn)導(dǎo)致了對農(nóng)作物的大量需求，造成農(nóng)作物的短缺。能源藻類細(xì)胞中油脂含量高，可達(dá)到80%左右，具有轉(zhuǎn)化高品質(zhì)燃油的潛力，是一類經(jīng)濟(jì)的新生物能源。雖然利用微藻生產(chǎn)柴油具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，但是由于微藻細(xì)胞在培養(yǎng)液中形成穩(wěn)定的分散體系，采收難度較大，所以微藻與培養(yǎng)液分離成為生產(chǎn)生物柴油的一個重要環(huán)節(jié)。
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目前常用的采收方法有下面幾種1)沉降法收集，利用藻細(xì)胞自身重力進(jìn)行自然沉降和收集，該法成本較低但效率也低；2)離心法和泡載法收集，該法能耗較大，成本較高；
3)過濾法收集，由于微藻體積小，一般濾紙很難過濾，采用超濾法會由于藻液的沉積而堵塞濾孔，過濾難以持續(xù)進(jìn)行下去；4)疏水法是利用藻類疏水性并相互作用的原理收集藻細(xì)胞，但這種方法只對高鹽濃度中的藻液適用，對淡水培養(yǎng)的藻液效果較差，所以不具有普遍性；
5)超聲法能耗大，且超聲波頻率對采收效果影響不顯著；6)電泳法在變壓和整流過程中有電能損耗，所以現(xiàn)有的電泳法采收微藻能耗巨大，很難真正應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模的采收；7)絮凝法收集耗時久，并且收集后的藻泥較為松散，占用較大的體積；8)磁性吸附法能快速收集到藻體，但是現(xiàn)有的磁性吸附法收集藻體所耗時間和適用范圍還不能滿足使用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法。本發(fā)明的另一目的在于提供所述利用磁性絮凝納米微粒快速收集藻體方法的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，包含以下步驟(I)將微藻培養(yǎng)液的pH值調(diào)至> 6. 0，加入磁性絮凝納米微粒，混合攪拌，得到微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物；(2)通過磁場發(fā)生器對微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物進(jìn)行磁性吸附，分離得到微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物；所述的微藻優(yōu)選為蛋白核小球藻或斜生柵藻中的一種或兩種；所述的pH值優(yōu)選通過氫氧化鈉或鹽酸調(diào)節(jié)；所述的磁性絮凝納米微粒通過包含以下步驟的方法得到
①將四氧化三鐵納米顆粒分散到含有殼聚糖的醋酸溶液中，調(diào)節(jié)pH值至4. O
6.0，超聲分散；②在攪拌過程中滴入pH值為7. O 7. 5的三聚磷酸鈉溶液，將三聚磷酸鈉溶液滴加完后繼續(xù)反應(yīng)，得到磁性絮凝納米微粒；其中，四氧化三鐵納米顆粒、殼聚糖和三聚磷酸鈉按質(zhì)量比5 :0.6 :0. 06配比；所述的含有殼聚糖的醋酸溶液優(yōu)選通過以下方法制備得到在體積百分比1%的醋酸溶液中加入殼聚糖，溶解后得到；步驟①中所述的超聲分散的條件優(yōu)選為30kHz頻率，分散30min ；步驟②中所述的攪拌的速度優(yōu)選為200 400r/min ；步驟②中所述的反應(yīng)的時間優(yōu)選為25 30min ；所述的磁性絮凝納米微粒的粒徑為納米級，為50 IOOnm ；所述的磁性絮凝納米微粒的用量優(yōu)選為微藻低生物量微藻培養(yǎng)液中微藻生物量< 108cell/ml，每升微藻培養(yǎng)中使用的磁性絮凝納米微粒為O. 24 O. 25g ;微藻高生物量微藻培養(yǎng)液中微藻生物量> 108cell/ml，每升微藻培養(yǎng)中使用的磁性絮凝納米微粒為O. 73 O. 74g ；所述的微藻生物量優(yōu)選通過如下方法測定得到通過分光光度計測定藻細(xì)胞樣品的最大吸收波長，不同藻液濃度的OD值對應(yīng)不同藻液濃度的細(xì)胞數(shù)，建立OD值與微藻生物量的相關(guān)曲線，通過測定OD值計算出微藻生物量；步驟(I)中所述 的混合攪拌的時間優(yōu)選為I 2min ；步驟(2)中所述的磁場發(fā)生器優(yōu)選為電磁鐵裝置；其通過改變電壓或者電流的大小就可以改變磁場的強度；所述的電磁鐵裝置的操作參數(shù)優(yōu)選為磁場強度為O. 5 O. 6T。所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法可用于大規(guī)模收集藻體，也可應(yīng)用于污水處理；城市污水處理一般分為三級一級處理，系應(yīng)用物理處理法去除污水中不溶解的固形物；二級處理是一級處理后的污水經(jīng)過具有活性污泥的曝氣池及沉淀池的處理，使污水進(jìn)一步凈化的工藝過程；經(jīng)過二級處理后的污水含有豐富的氮和磷；現(xiàn)有的污水三級處理方法主要采用化學(xué)沉淀法除磷，物理化學(xué)方法除氮或是使用生物法(主要為硝化細(xì)菌)除氮?，F(xiàn)有的污水三級處理方法成本高，而且當(dāng)使用生物法除氮時，效率較為緩慢；當(dāng)使用化學(xué)法除磷和氮，二次污染的潛在風(fēng)險較大。藻類在對數(shù)生長期，需消耗大量的磷和氮，但是氮和磷是藻類生長所必需的營養(yǎng)成分，所以在三級污水中加入微藻，隨著微藻的生長會消耗掉三級污水中的氮磷等營養(yǎng)成分，然后再收集所需微藻，這樣三級污水中的氮磷等營養(yǎng)成分就會被消耗掉，從而達(dá)到可以排放的標(biāo)準(zhǔn)。起到“一舉兩得”的作用。采用本發(fā)明提供的方法收集微藻速度很快，并能保證污水的及時凈化和排出。一種污水處理方法，包含以下步驟( I)在污水的三級處理池中加入微藻母液，室外培養(yǎng)3 4天。(2)當(dāng)水體的氮、磷值符合排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用上述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法收集藻體，排放處理后的污水。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果
(I)本發(fā)明提供的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法收集藻體的速度快，能在4分鐘內(nèi)收集得到藻體，所收集的藻體的量(濕重)為低生物量蛋白核小球藻是O. 35g/L，斜生柵藻是O. 30g/L ;高生物量蛋白核小球藻是O. 72g/L，斜生柵藻是O. 64g/L。(2)本發(fā)明提供的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法適用范圍廣，對含有藻體的液體在PH值> 6. O時，均可快速收集到藻體。(3)本發(fā)明提供的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，所使用的磁性絮凝納米微粒用量少，成本低。(4)本發(fā)明在污水處理應(yīng)用中也有較好的效果，污水處理后水體的pH在7. O左右，所以無需進(jìn)行PH調(diào)節(jié)即可采收，比較省時省料。(5)現(xiàn)場的操作性強，整個過程不會對微藻的組分產(chǎn)生破壞，且整個過程無污染。


圖1是蛋白核小球藻OD值與細(xì)胞密度的線性關(guān)系圖。圖2是柵藻OD值與細(xì)胞密度的線性關(guān)系圖。圖3是五種方法對小球藻和柵藻采收回收率對比圖。圖4是五種方法對小球藻和柵藻采收凝集率對比圖。圖5是五種方法對小球藻和柵 藻采收沉降速率對比圖。圖6是五種方法對小球藻和柵藻米收時間對比圖。圖3、4、5和6中，a為采用四氧化三鐵納米顆粒采收方法，b為采用聚丙烯酰胺采收微藻的方法，c為通過調(diào)節(jié)pH值采收微藻的方法，d為采用殼聚糖絮凝采收微藻的方法，e為采用本發(fā)明制備磁性絮凝納米微粒采收微藻的方法。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
具體實施方式
中的測定方法(I)微藻的最大吸收波長取微藻藻液3. 5ml放入比色皿中,然后通過分光光度計掃描，波長范圍為200nm 700nm。(2)測定指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種利用磁性絮凝納米微粒快速收集藻體的方法，其特征在于包含以下步驟 (1)將微藻培養(yǎng)液的PH值調(diào)至>6. O，加入磁性絮凝納米微粒，混合攪拌，得到微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物； (2)通過磁場發(fā)生器對微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物進(jìn)行磁性吸附，分離得到微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物； 所述的磁性絮凝納米微粒通過包含以下步驟的方法得到 ①將四氧化三鐵納米顆粒分散到含有殼聚糖的醋酸溶液中，調(diào)節(jié)PH值至4.O 6. O，超聲分散; ②在攪拌過程中滴入pH值為7.O 7. 5的三聚磷酸鈉溶液，將三聚磷酸鈉溶液滴加完后繼續(xù)反應(yīng)，得到磁性絮凝納米微粒；其中，四氧化三鐵納米顆粒、殼聚糖和三聚磷酸鈉按質(zhì)量比5 0. 6 0. 06配比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，其特征在于所述的微藻為蛋白核小球藻、斜生柵藻或三角褐指藻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，其特征在于所述的含有殼聚糖的醋酸溶液通過以下方法制備得到在體積百分比1%的醋酸溶液中加入殼聚糖，溶解后得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，其特征在于步驟①中所述的超聲分散的條件為30kHz頻率，分散30min ； 步驟②中所述的攪拌的速度為200 400r/min ； 步驟②中所述的反應(yīng)的時間為25 30min ； 所述的磁性絮凝納米微粒的粒徑為納米級，為50 lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微粒快速收集藻體的方法，其特征在于所述的磁性絮凝納米微粒的用量為微藻低生物量微藻培養(yǎng)液中微藻生物量< IO8Cell/ml，每升微藻培養(yǎng)中使用的磁性絮凝納米微粒為O. 24 O. 25g ;微藻高生物量微藻培養(yǎng)液中微藻生物量> 108cell/ml，每升微藻培養(yǎng)中使用的磁性絮凝納米微粒為O. 73 O. 74g。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用磁性絮凝納米微粒快速收集藻體的方法，其特征在于所述的微藻生物量通過如下方法測定得到通過分光光度計測定藻細(xì)胞樣品的最大吸收波長，不同藻液濃度的OD值對應(yīng)不同藻液濃度的細(xì)胞數(shù)，建立OD值與微藻生物量的相關(guān)曲線，通過測定OD值計算出微藻生物量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，其特征在于步驟(I)中所述的混合攪拌的時間為I 2min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法，其特征在于步驟(2)中所述的磁場發(fā)生器為電磁鐵裝置； 所述的電磁鐵裝置的操作參數(shù)為磁場強度為O. 5 O. 6T。
9.權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法的應(yīng)用，其特征在于所述的利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法應(yīng)用于大規(guī)模收集藻體或是用于污水處理。
10.一種污水處理方法，包含以下步驟 (I)在污水的三級處理池中加入微藻母液，室外培養(yǎng)3 4天。(2)當(dāng)水體的氮、磷值符合排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用權(quán)利要求1所述的利用磁性絮凝納米微?？臁に偈占弩w的方法收集藻體，排放處理后的污水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用磁性絮凝納米微?？焖偈占弩w的方法與應(yīng)用。該方法首先將微藻培養(yǎng)液的pH值調(diào)至≥6.0，加入磁性絮凝納米微粒，混合攪拌，得到微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物；接著通過磁場發(fā)生器對微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物進(jìn)行磁性吸附，分離得到微藻細(xì)胞和磁性絮凝納米微粒的聚合物。該方法能在4分鐘內(nèi)收集得到藻體，pH適用范圍廣，磁性絮凝納米微粒用量少，成本低，而且現(xiàn)場的操作性強，整個過程不會對微藻的組分產(chǎn)生破壞，且整個過程無污染。因此，本發(fā)明提供的方法不僅可應(yīng)用于大規(guī)模收集藻體，而且可用于污水處理。
文檔編號C02F3/32GK103045479SQ20121046495
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者江天久, 溫眾杰, 李宏業(yè) 申請人:暨南大學(xué)