[发明专利]一种湖泊水华蓝藻胞外聚合物的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种湖泊水华蓝藻胞外聚合物的制备方法，特别是可将其用于水环境治理保护，属于生物工程技术领域。

背景技术

近年来，随着人类活动及富营养化程度的加剧，湖泊蓝藻水华频繁爆发，给人类健康及生态环境造成恶劣影响。蓝藻胞外聚合物是在蓝藻细胞生长繁殖过程中产生的一系列大分子有机物的统称，可将蓝藻单个菌体粘附聚集形成蓝藻群体，从而促进蓝藻水华的发生。胞外聚合物主要来源于细胞分泌、细胞溶解、细胞吸附及外来物质等。据统计，胞外聚合物约占蓝藻细胞有机组分的90%以上，故属高有机质含量生物质。

另一方面，目前我国水体污染严重，包括重金属污染、浊度及色度污染，这些污染水体严重影响着饮用水水质，给人类健康带来隐患。已有研究表明，化学法是一种净化水体水质的有效方法，但该法存在操作成本高、反应条件剧烈、衍生二次污染物等缺点。所以，寻找一种环境友好型水质净化处理剂已成为当今政府及研究工作者面临的主要任务。

水华蓝藻胞外聚合物是一种大分子有机物，含有大量的羧基、羟基、胺基等官能团，可通过氢键、范德华力等作用吸附水体中的浊度及色度物质，并可与水体中的重金属形成螯合物质，从而使水体得到净化。

申请号为97109350的专利公布了一种丝状蓝藻水溶性多糖及胞外多糖的提取分离方法，通过脱色去杂、热水提取、乙醇沉淀、真空干燥等步骤，基本实现了丝状蓝藻胞外多糖的提取。但对湖泊水华蓝藻胞外聚合物的却没有涉及，且没有研究胞外聚合物在水环境治理方面的应用潜力。

所以，发展一种从水华蓝藻中获取胞外聚合物并将其应用于去除水体中的污染物质，可达到“以废治废”的目的，对促进环境治理及经济节约型社会的创建均具有重要的战略意义。

发明内容

目前关于水华蓝藻胞外聚合物制备方法的研究较少，而采用水华蓝藻胞外聚合物用于水环境治理方面的应用更是鲜有报道。针对上述研究瓶颈，本发明提出一种水华蓝藻胞外聚合物的制备方法及应用，具有操作简单、制备量大、环境友好型等优点，可达到“以废治废”的目的，具有广阔的应用前景。

本发明的第一目的即在于提供一种湖泊水华蓝藻胞外聚合物的制备方法，具体通过以下技术方案来实现：

（1）原位获取水华蓝藻，采用微碱及热浴法实现胞外聚合物与藻体高效分离；

（2）采用低温高速离心剪切作用获得胞外聚合物粗品；

（3）通过微孔滤膜过滤，滤液进行低压浓缩，获得富含胞外聚合物的样品；

（4）通过向上述样品中加入无水醇沉，实现分级沉淀，分离取沉淀物；

（5）沉淀物经透析脱盐纯化，冷冻干燥，得到湖泊蓝藻胞外聚合物。

本发明所述的水华蓝藻即富营养化湖泊原位蓝藻，其中蓝藻生物量为1.0-5.0g/L。

其中，步骤1所述的微碱是指提取时向待提取藻液中添加质量分数为35~45%的NaOH或KOH溶液，使提取液pH值维持在8~9；所述热浴是指将提取藻液置于温度为55~65℃的热水浴中，热浴时间控制为25~35min，为确保待提取藻液受热均匀，热浴搅拌速度为30~80rpm。

步骤2所述低温高速离心的温度在0~4℃、离心力为15000~18000g，优选温度为2~3℃，离心力为16000~17000g。

步骤3所述的滤膜是指孔径小于8μm微孔滤膜；所述低压浓缩的压力在0.8~1.0MPa，浓缩温度不超过60℃，浓缩至原体积的1/3~1/5，优选孔径为0.45μm的微孔滤膜。

步骤4所述的乙醇沉淀是指向浓缩藻液中添加4~5倍体积的无水乙醇，0~4℃静置沉降24h以上，优选24-48h。 

步骤5所述的透析纯化是指采用分子量<14000Da的透析袋去除小分子有机物及无机盐离子杂质，透析时间>60h，透析温度0~4℃。优选分子量为8000-10000Da的透析袋，透析时间为72-96h。

所述的冷冻干燥的干燥压力<0. 2MPa，干燥温度为-40~-60℃，以确保干燥期间胞外聚合物组分的稳定性。

本发明的第二目的即要求保护采用上述制备方法得到的蓝藻胞外聚合物。该胞外聚合物中多糖、蛋白质等大分子含量占80%以上，含有羧基、羟基、酚基等丰富的官能团，是一种高分子有机生物聚合物。

本发明的第三目的即在于要求保护上述蓝藻胞外聚合物在高效净化污染水体治理中的应用。

本发明所述的蓝藻胞外聚合物可用于净化含浊度、色度及重金属污染的水体，净化效果良好。