[发明专利]使用阳离子型有机粘土快速且有效收获绿藻类的方法

说明书

发明描述

技术领域

本发明涉及一种收获绿藻类(通常称为“绿藻纲(chlorophyceae)”)的技术，更特别地，涉及在使用阳离子型有机纳米粘土(nanoclay)(“氨基粘土(aminoclay)”)的收获(絮凝和沉降)绿藻类中的合适的浓度和时间以及一定量的所得生物质，其中该技术可适用于在废水和三羟甲基氨基甲烷-乙酸-磷酸盐(tris-acetate-phosphate)(TAP)培养基中栽培的所有绿藻。此外，本发明涉及利用水溶性阳离子型有机纳米粘土，该粘土通过在乙醇介质(能够使阳离子型金属前体以及氨基硅烷溶解的任一种溶剂)存在下将氨基硅烷经由溶胶-凝胶反应固定在阳离子型金属(Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Al³⁺、Fe³⁺等)周围(以形成粘土结构)而制备，如图1中对绿藻类收获具体所示。

背景技术

绿藻纲(在下文中称为“绿藻类”)包括原核类(procaryota)(即蓝绿藻(blue-green algae)类)和真核类(eucaryota)(即主要为绿藻类)，通常具有光合色素且像植物一样为自养的。换句话说，已知绿藻类使用光和二氧化碳通过光合作用产生油和有效成分。蓝绿藻类和绿藻类可能出现菌绒(blooming)，引起水污染，然而，其通常栽培在实验室和大田用于生产健康物质如EPA、DHA等，以及在绿藻类的细胞中存在的有用的类胡萝卜素基色素。此外，栽培具有高脂类含量的绿藻类可得到FAME(生物柴油(biodiesel))，其可用作生物燃料，由此变得引人关注。

在制造藻类(绿藻)生物柴油的过程中，尤其是在下游方法(栽培、收获/干燥、提取和向生物柴油的转化)中，降低成本的尤其重要的一个部分为绿藻类收获。尤其是强烈需要极大能量用于由极度稀释的溶液收获小细胞(1-10μm)，这是一个尚未克服的重要问题。因此，仍然没有快速且有效收获绿藻类的特定方法。

目前本领域报道的技术可包括例如离心、絮凝、过滤、浮选、pH控制(至pH11)或电解方法。然而，这些是能耗技术，不易于使用设备以提高其效率。尽管电解方法与其他方法相比较为有利，但该方法由于使用电极及其施用而为基于Al³⁺离子泄漏的技术，由此其的使用麻烦。因此，仍需开发合适的技术。

对于絮凝方法，已报道使用现有的阳离子型聚合物或由微生物得到的生物絮凝剂(生物絮凝试剂)。然而，水溶性分子离子和聚合物的形式会降低效率。为了有效收获绿藻类，就分子ζ电位的正值而言，越大越好。此外，如果絮凝剂在与绿藻类栽培的条件相似的pH7-10的水平下具有强阳离子性能，则可经由絮凝而有效收获绿藻类。这是因为绿藻类的表面显现阴离子性能。此外，当使用呈颗粒形式而不是离子状态的絮凝剂时，可发现替换方法能够更加有效地施加絮凝剂并使其回收。如果絮凝剂可大量生产且不具有残留毒性，则可在重复栽培绿藻类中使用培养基营养物，从而显著减少产物的单位成本。

因此，为了解决上述问题，需要呈颗粒型的本发明新型絮凝剂以快速且有效地收获(即絮凝/沉降)绿藻类。

公开内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供合适的浓度和时间，在该浓度和时间下生物质可在合成阳离子型水溶性有机纳米粘土(颗粒)(具有+20mV或更大的ζ电位)后通过快速且有效地收获在废水和TAP培养基中栽培的蓝绿藻类和绿藻类而获得。

对于绿藻类收获，常规技术包括各种缺点如设备的使用，或尽管使用絮凝剂，但絮凝剂效率降低等。由于这些情况，尚未提出明确的解决方案。对于绿藻类栽培，在由营养培养基收获绿藻类后，培养基残留物需重复使用而无需进一步卫生处理(sanitary treatment)，其在经济上有利。这意指用过的绿色絮凝剂(如果残留的话)不应阻止绿藻类的生长。此外，为了降低绿藻类生物精制的总成本，即使在绿藻类栽培于废水中的情况下也应易于施加重复使用的培养基。此外，尽管在废水中存在不同成分，但绿藻类仍应易于回收。替换地，为了使絮凝剂残留物的量最小化，理想的是絮凝剂具有颗粒形式且显现阳离子性能。

本发明待实现的技术任务不特别限制于上述描述，相反，本发明所属领域的技术人员将由本申请的详细描述可充分理解本文未提及的替换任务。

技术方案

[1]本发明技术方法