[发明专利]以聚乙烯亚胺修饰的Fe3O4纳米颗粒为絮凝剂分离微藻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离微藻的方法，其属于微藻分离领域，具体地，涉及一种以聚乙烯亚胺修饰的Fe₃O₄纳米颗粒为絮凝剂分离微藻的方法。

背景技术

微藻是一类营养丰富、光合效率高并广泛分布于陆地、海洋的自养微生物，它们能通过细胞内的各种代谢途径合成许多具有独特结构和特异功能的高价值天然活性物，而且藻细胞中富含的油脂是合成生物柴油的最佳原料，因此，微藻在医药工业、食品工业、动物饲料、环境监测、环境净化和可再生清洁能源等领域有着广泛的应用前景。

值得注意的是，在微藻养殖应用的过程中，微藻的采收是微藻实现高值化利用的关键步骤之一，微藻采收成本占微藻生产总成本高达20-30%，直接影响微藻产品的普及和应用。由于微藻细胞特别微小，在培养液中的浓度很低，且微藻本身所带的电荷使藻细胞在培养液中能稳定存在，这就导致了微藻分离的难度大、成本高，是制约微藻大规模生产的主要因素之一。由此，微藻分离技术也成为了是实现微藻价值的难点和影响成本的关键。目前已经报道的微藻分离采收的方法包括多种形式，例如离心法、过滤法、絮凝法等。离心法可以快速的采收微藻细胞，但是需要投入专门的离心设备系统，实施运行耗能大、费用高，不能达到节能经济的效果；真空过滤可以有效的采收个体较大的微藻，但是对于较小细胞的微藻需要微滤甚至超滤，这就要求有连续可替换的膜系统和专门的泵设备，采收效果受设备结构和工艺条件的影响，操作难度大，无疑增加了运行成本、耗能也高；通过絮凝的方法来采收微藻是应用较为广泛的采收技术，絮凝剂使藻细胞聚集成团后靠重力作用而沉降，絮凝效果明显，但是沉降速度慢且絮凝剂会残留在培养液中，同时絮凝剂与微藻的分离困难，容易造成目标产物的污染，这就限制了絮凝剂在食品、药品等领域的应用。因此，大力研发微藻分离技术对微藻产业的发展意义重大。

现有的微藻分离方法的实例有：Ríos等人用微滤的方法对微拟球藻进行分离，并研究了压力、滤膜的孔径以及流速对采收过程的影响（Ríos et al.,Antifouling microfiltration strategies to harvest microalgae for biofuel.Bioresource Technology,2012,119:406-418），但是，由于微拟球藻细胞特别小，细胞会堵塞滤膜或滤布，导致过滤速度很慢。Zheng等人用聚合物絮凝的方法对微拟球藻进行分离，当用量在22.03g/L时回收效果达到96%，用时2h（Zheng等人,Harvesting of microalgae by flocculation with poly(γ-glutamic acid).Bioresource Technology,2012,112:212-220），而Eldridge等人则采用铝离子来絮凝微拟球藻细胞，藻细胞的去除率可达到87.5%（Eldridge等人,A comparative study of the coagulation behaviour of marine microalgae.Journal of Applied Phycology,2012,24:1667-1679），然而絮凝剂虽然能有效采收微藻，但是用量大且耗时多，并且采收微藻细胞后的培养液体中残留有大量的絮凝剂如铝离子，会污染水体并危害水体中生存的生物，同时不利于水体环境保持稳定的状态。Olaizola为了提取虾青素采用重力沉降法来收集雨生红球藻，依靠重力作用沉降而采收得到藻细胞（Olaizola M.,Commercial production of astaxanthin from Haematococcus pluvialis using25,000-liter outdoor photobioreactors.2000,12:499-506），但是重力沉降需要时间长，且采收效率低，除水率也低。