[发明专利]一种基于修饰Fe3

说明书

本发明公开了一种基于修饰Fe₃O₄纳米磁性材料分离藻细胞的方法，该方法将3‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的Fe₃O₄纳米磁性材料作为磁种，预先制成分散液后加入待分离藻液中，充分混合形成磁性材料‑藻细胞絮体，待分离藻液的细胞浓度预先调节在1×10⁶～6×10⁶cells/mL范围，pH维持在6‑8范围；在外加磁场下对磁性材料‑藻细胞絮体进行磁分离，实现异位除藻。相对于现有技术而言，本发明将APTES包覆在Fe₃O₄纳米颗粒表面可显著增强正电性，磁种与带负电的藻细胞之间发生静电吸引促进磁种与藻细胞结合，提高分离藻细胞的能力并大大降低磁种的用量；而本发明提供的藻细胞磁分离方法操作简单，分离效率高、耗时短，对分离设备要求低，有利于实际推广应用。

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的Fe₃O₄磁性纳米材料制备方法以及采用该磁性纳米材料磁分离藻细胞的方法。

背景技术

蓝藻是一类进化历史悠久、具有产氧性光合作用的大型单细胞原核生物。蓝藻细胞由于密度小且含有伪空泡结构，一般悬浮在水中。在适宜的温度、光照和风速等环境条件下，水体中微囊藻、鱼腥藻、束丝藻等优势属浮游植物大量繁殖，形成肉眼可见的群体絮团，引发湖库河流严峻的蓝藻水华问题。蓝藻水华暴发期间，水面往往形成浮膜，导致水体透明度和溶解氧下降，腐烂后的水华呈现蓝白色，发出难闻的气味，并向水体中释放藻毒素等有毒物质，直接影响环境水体水质、饮用水安全以及水生动物与人类健康。

为有效削减环境水体的藻细胞数量,降低流域蓝藻水华暴发的频率与风险，采用工程措施对环境水体中的蓝藻等进行分离是最为直接有效的手段。目前，国内外用于藻水分离的技术主要包括沉降法、离心法、过滤法、气浮法和絮凝法。其中，沉降法是依靠重力使藻细胞从藻水分离的方法，运行成本低，但分离效率不高、沉降时间较长。离心法是利用藻液高速旋转时产生的离心力，使藻细胞从藻液中分离的一种方法，其分离耗时短、效率高，但存在能耗过大的问题，同时受到设备尺寸的限制，难以大规模推广应用。过滤法通过外加能量提供压强差使藻水通过多孔的过滤介质，水由孔隙流过介质，而藻细胞截流在介质上形成滤饼，从而实现藻水分离，其能耗低，对设备要求少，且分离效果较好，但滤网或滤膜在过滤期间可能被堵塞或污染，影响系统的长期稳定运行，不适宜大规模的藻水分离应用。气浮法是向藻液通入气体，形成气、液、固三相混合流，藻细胞与微气泡粘附形成共聚体，在浮力作用下使共聚体上浮到混合液表面，从而达到藻水分离的目的，其流程和设备简单、操作方便、效率高、对细胞损伤小，具有较大的发展潜力，但易受气泡尺寸、细胞表面性质、溶液化学条件、气浮环境等因素的影响。絮凝法通常可以分为自絮凝和化学絮凝，自絮凝主要是因为藻细胞产生的多糖或糖苷等活性物质具有絮凝效果，从而诱发藻细胞相互絮凝沉降，一般效率较低；化学絮凝法是投加化学絮凝剂，通过絮凝剂的吸附架桥、电性中和或网捕卷扫等作用破坏藻细胞间的稳态关系，从而实现藻细胞的快速沉降，具有时间短、效率高、藻种的选择性低等优点，但由于投加了化学药剂，存在药剂投加量较大、化学物质残留等问题。

磁分离技术是指利用元素或组分磁势的差异，借助外磁场对污染物质进行处理，从而达到强化分离的一种分离技术。磁分离具有操作简单、能耗低、成本低、可回收利用等优点，被广泛应用于高岭土脱色、钢渣回收、尾矿分选、废水处理及生物化学过程等各种领域。

磁种的选择影响分离效率和分离成本，通常磁种材料结合藻细胞的能力较弱，需要较大的剂量才能达到较高的分离效率。

因此，在本领域中需要能够开发高效去除藻细胞的磁性材料及其应用工艺，实现快速高效分离藻细胞的目的，这对改善我国湖库河流富营养状态、规模化推广应用具有重要意义。

发明内容