[发明专利]一种筛选高效吸附微藻的载体材料的实验方法

摘要

本发明基于热力学模型，从能量变化角度研究了微藻与吸附载体材料之间的作用机理，总结出一种筛选高效吸附微藻的载体材料的实验方法，从而提高微藻在载体材料表面的吸附和生物膜的形成，进而应用于工业废水和生活污水的生物处理。本发明通过制备微藻藻膜，进而对微藻和载体材料的表面性能进行测定，最后通过热力学模型的构建，从分子水平计算和预测了微藻和载体材料的之间的吸附作用，对微藻生物污水处理的发展和应用具有一定的理论和实践指导意义。

主权项

1.一种筛选高效吸附微藻的载体材料的实验方法，其特征在于：包括以下步骤，①制备微藻藻膜，将培养至对数期末期的微藻细胞，用醋酸纤维滤膜(≤0.45μm)对藻液(10⁶/mL)进行抽滤过膜，令其在滤膜上形成厚200μm‑250μm的藻膜，室温风干，得到稳定微藻藻膜；②将步骤①得到的藻膜和清洁的载体材料分别取样品放置于接触角测量仪内，用微量进样器将检测液体分别垂直滴在藻膜样品和载体材料样品表面，静置检测液体液滴20s后测定藻膜样品和载体材料样品表面的接触角，进行接触角测量；③采用基于接触角法的Lifshitz‑van der Waals/acid‑base approach(LW‑AB)方法计算藻细胞和载体材料的表面能参数，所述计算方式阐述如下，用γ代表总表面能，则可分为两部分，如式(1)：γ＝γ^LW+γ^AB   (1)γ^LW为Lifshitz‑van der Waals分量，是非极性部分；γ^AB是极性部分，又包含Lewis酸分量γ⁺和Lewis碱分量γ^‑，关系如式(2)：将公式进行处理，得到两相的作用关系如式(3)：将Young方程γ_S‑γ_SL＝γ_Lcosθ(γ_S、γ_SL、γ_L分别表示固体、固液、液体的表面自由能；θ是接触角)和式(3)结合则得到式(4)：利用三种表面能参数已知的检测液体，分别测定它们在藻膜和载体材料表面的接触角θ，即可根据公式(4)计算得到微藻和载体材料的各表面能参数。④利用步骤③中得到的微藻和载体材料的表面能参数，通过热力学模型计算得到吸附过程的能量变化，通过模型预测微藻细胞在载体材料表面的吸附效果，计算方式及预测原理阐释如下：微藻吸附在载体表面的过程会引起发生相互作用的两个表面的自由能发生变化，通过热力学公式表述如下：ΔG_adh＝γ_ms‑γ_ml‑γ_sl  (5)ΔG_adh是吸附自由能；γ_ms是载体材料和微藻之间的界面自由能；γ_ml是微藻与液体之间的界面自由能；γ_sl是载体材料和液体之间的界面自由能。ΔG_adh亦由两部分组成，和如式(6)：其中，根据公式(6)‑(8)，结合步骤③中得到的表面能参数，计算得到微藻和载体材料相互作用系统的吸附自由能变化(ΔG_adh)。该自由能的变化越小，微藻和载体材料之间的吸附越容易发生，由此预测微藻细胞在不同载体材料表面的吸附结果。