CN107213674A - 一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法 - Google Patents

一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，属于微藻处理技术领域。本发明首先以葡萄糖、植物多糖、硫酸铵等为原料，制备得到培养基，再将微藻加入培养基中，进行光照黑暗循环交替培养，并在培养时加入异丙醇、氢氧化钠等物质进行培养，培养结束后，得到改性微藻液，经离心分离，得微藻藻泥，将微藻藻泥与玉米淀粉等物质混合后，加入阳离子醚化剂和氢氧化钠溶液混合得到的混合液，再进行搅拌即可。本发明制备的微藻絮凝剂絮凝效果好，对微藻有很好的收集作用，可进行工业化大规模应用。

Description

一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法
技术领域
本发明涉及一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，属于微藻处理技术领域。
背景技术
微藻是一类可光合自养的微生物，含有丰富的蛋白质、多不饱和脂肪酸、色素等营养物质。同时，因其具有生长速度快，单位体积产量高等优点，在生物饲料、生物制药、保健品及生物燃料等诸多领域都有广泛的应用前景。然而，因其个体极其微小（3～30μm），且藻液的浓度较低（<1g/L），增加了其收获难度。因此，从藻液中高效地采收高浓度的微藻，成为了其产业工业化规模发展的瓶颈。
现有的收集微藻的技术，主要包括：离心法、絮凝法、重力沉降法、气浮法、过滤法等。其中絮凝法又包括自动絮凝法、无机絮凝法和有机絮凝法。自动絮凝法利用微藻在特定pH值下产生自动絮凝，比如中国专利“微藻收集方法及应用”（专利号 CN201110457543.2）通过通入空气或惰性气体减少藻液CO2的浓度，降低光合作用，提高藻液pH值到9.50～11.00时，使微藻产生自动絮凝沉淀。但是该法需要较长的处理时间，同时絮凝效果不佳，回收率低。有机絮凝法和无机絮凝法通过向藻液中加入有机絮凝剂（如壳聚糖）和无机絮凝剂（比如铁、铝絮凝剂）使微藻产生絮凝沉淀，但是这些絮凝剂的使用增加了成本，回收率低，达不到很好的回收效果。
因此，亟待寻找一种絮凝效果好，回收率高，能够在工业上进行大规模使用的微藻絮凝剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的絮凝法对微藻的絮凝效果差，回收率低，不适合工业规模化应用的问题，提供了一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别将1～3份葡萄糖、3～5份植物多糖、0.1～0.3份硫酸铵、0.1～0.3份磷酸二氢铵、0.1～0.3份硝酸钾、0.01～0.03份硫酸锌、0.1～0.3份硫酸镁、10～15份氯化钠和200～300份去离子水，搅拌混合后得培养基；
（2）取微藻加入培养基中，使微藻在培养基中浓度为0.3～0.6g/L，在温度为25～27℃，转速为100～120r/min条件下进行光照黑暗循环交替培养，光照环境下培养的周期为10～12h，黑暗环境下培养的周期为8～10h；
（3）光照黑暗交替培养2～4天后得微藻液，向微藻液中加入异丙醇、氢氧化钠和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌混合后继续光照黑暗交替培养3～5天，培养后得改性微藻液，将改性微藻液在2000～2500r/min转速下离心分离，收集沉淀物，得微藻藻泥；
（4）按重量份数计，分别将80～100份微藻藻泥、4～8份玉米淀粉、0.1～0.3份氧化镁和0.1～0.3份硫酸铁，搅拌混合后得微藻藻泥混合物；
（5）按质量比1:5，将阳离子醚化剂和氢氧化钠溶液混合，搅拌混合后得混合液，按质量比1:5，将混合液与微藻藻泥混合物混合，混合后即可得到微藻絮凝剂。
步骤（1）中所述的植物多糖为阿拉伯糖、甘露糖、枸杞多糖、海带多糖中的一种。
步骤（2）中所述的光照环境的光照强度为3000～3200Lux。
步骤（2）中所述的微藻为小球藻、栅藻、脆杆藻、小环藻和绿球藻中一种。
步骤（3）中所述的异丙醇质量为微藻液质量5～10%，氢氧化钠质量为微藻液质量0.5～0.7%，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵质量为微藻液质量0.2～0.4%。
步骤（5）中所述的阳离子醚化剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种。
步骤（5）中所述的氢氧化钠溶液的质量分数为1%。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明使用植物多糖制得微藻培养基，并将微藻放入培养基中进行光照黑暗交替培养，培养过程中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，植物多糖培养后的微藻会和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵进行反应，反应后的微藻带有阳离子活性基团，作为絮凝剂使用后会和带负电荷的藻细胞相互吸引，表现出阳离子絮凝剂的性能，而微藻在培养的过程中细胞壁会产生酸性多糖和脂质，也会进行阳离子改性，使最终得到的微藻藻泥具有优异的微藻絮凝效果；
（2）本发明将培养得到的微藻藻泥和玉米淀粉、氧化镁、硫酸铁混合，加入氢氧化钠溶液和阳离子醚化剂制得的混合液后，其中微藻藻泥和玉米淀粉会被阳离子处理，可与负电荷的微藻细胞静电吸引，形成较大的絮凝体而沉降，而且在絮凝微藻时，微藻细胞中会分泌多糖，而起到自絮凝的效果，而氧化镁、硫酸铁会生成具有絮凝效果氢氧化镁和氢氧化铁，可进一步提高对微藻的絮凝效果。
具体实施方式
按重量份数计，分别将1～3份葡萄糖、3～5份植物多糖、0.1～0.3份硫酸铵、0.1～0.3份磷酸二氢铵、0.1～0.3份硝酸钾、0.01～0.03份硫酸锌、0.1～0.3份硫酸镁、10～15份氯化钠和200～300份去离子水，搅拌混合后得培养基；取微藻加入培养基中，使微藻在培养基中浓度为0.3～0.6g/L，在温度为25～27℃，转速为100～120r/min条件下进行光照黑暗循环交替培养，光照环境下培养的周期为10～12h，光照强度为3000～3200Lux，黑暗环境下培养的周期为8～10h；光照黑暗交替培养2～4天后得微藻液，向微藻液中加入微藻液质量5～10%异丙醇、微藻液质量0.5～0.7%氢氧化钠和微藻液质量0.2～0.4%3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌混合后继续光照黑暗交替培养3～5天，培养后得改性微藻液，将改性微藻液在2000～2500r/min转速下离心分离，收集沉淀物，得微藻藻泥；按重量份数计，分别将80～100份微藻藻泥、4～8份玉米淀粉、0.1～0.3份氧化镁和0.1～0.3份硫酸铁，搅拌混合后得微藻藻泥混合物；按质量比1:5，将阳离子醚化剂和质量分数1%氢氧化钠溶液混合，搅拌混合后得混合液，按质量比1:5，将混合液与微藻藻泥混合物混合，搅拌混合20～30min后即可得到微藻絮凝剂。所述的植物多糖为阿拉伯糖、甘露糖、枸杞多糖、海带多糖中的一种。所述的微藻为小球藻、栅藻、脆杆藻、小环藻和绿球藻中的一种。所述的阳离子醚化剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种。
实例1
按重量份数计，分别将3份葡萄糖、5份阿拉伯糖、0.3份硫酸铵、0.3份磷酸二氢铵、0.3份硝酸钾、0.03份硫酸锌、0.3份硫酸镁、15份氯化钠和300份去离子水，搅拌混合后得培养基；取小球藻加入培养基中，使小球藻在培养基中浓度为0.6g/L，在温度27℃，转速为120r/min条件下进行光照黑暗循环交替培养，光照环境下培养的周期为12h，光照强度为3200Lux，黑暗环境下培养的周期为10h；光照黑暗交替培养4天后得微藻液，向微藻液中加入微藻液质量10%异丙醇、微藻液质量0.7%氢氧化钠和微藻液质量0.4%3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌混合后继续光照黑暗交替培养5天，培养后得改性微藻液，将改性微藻液在2500r/min转速下离心分离，收集沉淀物，得微藻藻泥；按重量份数计，分别将100份微藻藻泥、8份玉米淀粉、0.3份氧化镁和0.3份硫酸铁，搅拌混合后得微藻藻泥混合物；按质量比1:5，将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和质量分数1%氢氧化钠溶液混合，搅拌混合后得混合液，按质量比1:5，将混合液与微藻藻泥混合物混合，搅拌混合30min后即可得到微藻絮凝剂。
实例2
按重量份数计，分别将1份葡萄糖、3份枸杞多糖、0.1份硫酸铵、0.1份磷酸二氢铵、0.1份硝酸钾、0.01份硫酸锌、0.1份硫酸镁、10份氯化钠和200份去离子水，搅拌混合后得培养基；取脆杆藻加入培养基中，使脆杆藻在培养基中浓度为0.3g/L，在温度为25℃，转速为100r/min条件下进行光照黑暗循环交替培养，光照环境下培养的周期为10h，光照强度为3000Lux，黑暗环境下培养的周期为8h；光照黑暗交替培养2天后得微藻液，向微藻液中加入微藻液质量5%异丙醇、微藻液质量0.5%氢氧化钠和微藻液质量0.2%3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌混合后继续光照黑暗交替培养3天，培养后得改性微藻液，将改性微藻液在2000r/min转速下离心分离，收集沉淀物，得微藻藻泥；按重量份数计，分别将80份微藻藻泥、4份玉米淀粉、0.1份氧化镁和0.1份硫酸铁，搅拌混合后得微藻藻泥混合物；按质量比1:5，将十二烷基二甲基苄基氯化铵和质量分数1%氢氧化钠溶液混合，搅拌混合后得混合液，按质量比1:5，将混合液与微藻藻泥混合物混合，搅拌混合20min后即可得到微藻絮凝剂。
实例3
按重量份数计，分别将2份葡萄糖、4份海带多糖、0.2份硫酸铵、0.2份磷酸二氢铵、0.2份硝酸钾、0.02份硫酸锌、0.2份硫酸镁、12份氯化钠和250份去离子水，搅拌混合后得培养基；取绿球藻加入培养基中，使绿球藻在培养基中浓度为0.4g/L，在温度为26℃，转速为110r/min条件下进行光照黑暗循环交替培养，光照环境下培养的周期为11h，光照强度为3100Lux，黑暗环境下培养的周期为9h；光照黑暗交替培养3天后得微藻液，向微藻液中加入微藻液质量7%异丙醇、微藻液质量0.6%氢氧化钠和微藻液质量0.3%3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌混合后继续光照黑暗交替培养4天，培养后得改性微藻液，将改性微藻液在2300r/min转速下离心分离，收集沉淀物，得微藻藻泥；按重量份数计，分别将90份微藻藻泥、6份玉米淀粉、0.2份氧化镁和0.2份硫酸铁，搅拌混合后得微藻藻泥混合物；按质量比1:5，将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和质量分数1%氢氧化钠溶液混合，搅拌混合后得混合液，按质量比1:5，将混合液与微藻藻泥混合物混合，搅拌混合25min后即可得到微藻絮凝剂。
对照例：以聚合氯化铁为微藻絮凝剂。
将实例及对照例的微藻絮凝剂进行试验检测，其具体操作如下：
1.试验方法：取浓度为0.8g/L微藻溶液置于100 mL的烧瓶中，取离液面深5 cm处的微藻液于比色皿中，在680 nm波长处测定微藻液初始的吸光值ODo，再加微藻絮凝剂，使微藻絮凝剂在微藻液中的质量浓度为100mg/L，搅拌30min后，移入50 mL的比色管中静止10min后，取离液面深5 cm处的微藻溶液于比色皿中，在680 nm处测定溶液的吸光值ODf。
2.计算公式：
其中R代表絮凝效率（%）；ODo代表初始藻液吸光度；ODf代表絮凝后上清液吸光度。
3.计算结果如表1。
表1
实例1 实例2 实例3 对照例
絮凝效率（%） 98.2 97.5 97.8 82.3
由表1可知，本发明制备的微藻絮凝剂絮凝效率高，对微藻的回收率高。

Claims (7)

1.一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于具体制备步骤为：
按重量份数计，分别将1～3份葡萄糖、3～5份植物多糖、0.1～0.3份硫酸铵、0.1～0.3份磷酸二氢铵、0.1～0.3份硝酸钾、0.01～0.03份硫酸锌、0.1～0.3份硫酸镁、10～15份氯化钠和200～300份去离子水，搅拌混合后得培养基；
取微藻加入培养基中，使微藻在培养基中浓度为0.3～0.6g/L，在温度为25～27℃，转速为100～120r/min条件下进行光照黑暗循环交替培养，光照环境下培养的周期为10～12h，黑暗环境下培养的周期为8～10h；
光照黑暗交替培养2～4天后得微藻液，向微藻液中加入异丙醇、氢氧化钠和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌混合后继续光照黑暗交替培养3～5天，培养后得改性微藻液，将改性微藻液在2000～2500r/min转速下离心分离，收集沉淀物，得微藻藻泥；
按重量份数计，分别将80～100份微藻藻泥、4～8份玉米淀粉、0.1～0.3份氧化镁和0.1～0.3份硫酸铁，搅拌混合后得微藻藻泥混合物；
按质量比1:5，将阳离子醚化剂和氢氧化钠溶液混合，搅拌混合后得混合液，按质量比1:5，将混合液与微藻藻泥混合物混合，混合后即可得到微藻絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的植物多糖为阿拉伯糖、甘露糖、枸杞多糖、海带多糖中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的光照环境的光照强度为3000～3200Lux。
4.根据权利要求1所述的一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的微藻为小球藻、栅藻、脆杆藻、小环藻和绿球藻中一种。
5.根据权利要求1所述的一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的异丙醇质量为微藻液质量5～10%，氢氧化钠质量为微藻液质量0.5～0.7%，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵质量为微藻液质量0.2～0.4%。
6.根据权利要求1所述的一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（5）中所述的阳离子醚化剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种利用微藻制备微藻絮凝剂的方法，其特征在于：步骤（5）中所述的氢氧化钠溶液的质量分数为1%。
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