[发明专利]一种基于厌氧发酵尾液的凝胶微球及其制备方法和应用

说明书

本发明适用于厌氧发酵尾液处理技术领域，提供了一种基于厌氧发酵尾液的凝胶微球及其制备方法和应用，该凝胶微球的制备方法包括以下步骤：将厌氧发酵尾液与海藻酸钠溶液进行混合，得到混合液；将混合液滴入到CaCl₂溶液中进行静置后，再经过滤，得到所述凝胶微球。本发明通过凝胶方法对厌氧发酵尾液进行固定化，从而可以将厌氧发酵尾液中的氮、磷、钾等营养元素进行固定，然后将之用到植物水培中，通过缓释作用向植物提供生长所需的营养元素。

技术领域

本发明属于厌氧发酵尾液处理技术领域，尤其涉及一种基于厌氧发酵尾液的凝胶微球及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的蓬勃发展，对能源的需求也在不断地增长，由此出现了严重的环境问题和能源问题。如今，在可再生能源中，氢能领域在不断发展，制氢方法也渐渐由化石燃料制氢转向生物制氢。在生物制氢方法中，主要是利用厌氧发酵进行发酵产氢，而发酵产氢会产生大量厌氧发酵尾液。在这些尾液中，含有大量可供植物生长的氮、磷、钾等生长元素以及苯丙氨酸、脯氨酸等氨基酸。如果对这些尾液进行处理并加以利用，不仅可以保护环境，还可以实现废物利用的目的，为植物栽培提供营养来源。

发酵尾液可以通过固定化技术进行废物利用。在现有的固定化技术中，利用海藻酸钠进行包埋固定是一种较好的选择。海藻酸钠是从马尾藻和褐藻中提取碘和甘露醇的副产物，是一种天然多糖类高分子聚合物，具有良好的生物相容性和较低的细胞毒理性，并且价格低廉、容易得到。海藻酸钠的分子中含有—COO^－基团，当向海藻酸钠的水溶液中添加二价阳离子时，Na⁺会与这些二价阳离子发生交换，使海藻酸钠溶液向水凝胶转变。水凝胶是一种具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的聚合物。海藻酸钠与多价阳离子结合的能力遵循以下次序:Pb²⁺＞Cu²⁺＞Cd²⁺＞Ba²⁺＞Sr²⁺＞Ca²⁺＞Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺＞Mn²⁺。虽然Pb²⁺和Cu²⁺的螯合能力比Ca²⁺强，但是Pb²⁺和Cu²⁺具有一定的生物毒性。因此，当海藻酸钠水凝胶作为发酵尾液释放载体时可选用Ca²⁺作为交联剂。

海藻酸钠溶液与含Ca²⁺溶液接触时，可瞬间凝胶成海藻酸钙水凝胶微球，故可以通过在温和的条件下制备微球来实现对大分子的包埋和缓释。由海藻酸钠制备的微球具有优良的生物粘附性、生物相容性并且无毒副作用。海藻酸钠凝胶微球有着以下特点：(1)粒径更小，强度较好，能够有效保护包埋生物大分子的活性；(2)无生物毒性；(3)对于元素释放具有选择性，可延长释放时间，控释效果较为理想。

哈尔滨工业大学在发酵生物制氢方面的研究使中国在国际制氢领域有一席之地，兰州大学高春梅等人研究了海藻酸钠水凝胶的制备及其在药物释放中的应用，河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室张全国等人研究了海藻酸钠包埋法固定光合细菌技术。目前，还没有利用凝胶方法处理发酵尾液的研究。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于厌氧发酵尾液的凝胶微球的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于厌氧发酵尾液的凝胶微球的制备方法，其包括以下步骤：

将厌氧发酵尾液与海藻酸钠溶液进行混合，得到混合液；

将混合液滴入到CaCl₂溶液中进行静置后，再经过滤，得到所述凝胶微球。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1％～3％。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1.5％～2.5％。