[发明专利]一种用于微藻采收的磁分离装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微藻采收技术领域，尤其涉及到一种用于微藻采收的磁分离装置及方法。

背景技术

微藻具有体积小、结构简单、生长迅速的特点，其分布极其广泛，许多微藻都有重要的经济价值。长期以来，微藻主要作为鱼、虾、贝类幼体或成体的直接或间接的活饵料。20世纪80年代后，微藻生物技术的迅速发展使人们认识到微藻在进化上的多源性、遗传的多样性，发现了微藻还具有光能转换率高、环境适应性强、易于遗传改良等特点，可对其进行大规模培养。近些年来，日益严峻的能源危机问题使生物能源的发展成为各国竞争的焦点。由于微藻在生长繁殖过程中体内能够积累大量的油脂，同时在次生代谢过程中产生烃类物质，因此，用微藻生产生物燃料替代化石燃料，已经成为学者研究的热点。微藻生产的生物燃料主要包括：甲烷、生物氢、甲醇、烃和脂肪酸等。目前，微藻在食品、医药、化工、环保、能源等领域具有广泛的应用前景，微藻生产工艺和相关产品的开发成为新兴技术产业。

微藻的采收是微藻生产加工的重要环节之一。然而，微藻细胞较为微小，培养液中微藻细胞浓度低，由于微藻细胞相同电荷的排斥作用使得微藻在藻液中非常稳定，这些原因直接导致微藻采收难度大、成本高。微藻的采收直接影响到微藻生产工艺的后续开发利用，探索高效经济的微藻采收技术成为实现微藻大规模生产的关键。目前已经报道的微藻采收方法包括多种形式。传统的方法有离心法和过滤法，这两种采收方法虽然可以达到采收微藻细胞的目的，但是，离心法需要专门的设备系统、固定资产投资大、能耗高，而过滤法由于微藻细小和藻液浓度低易于产生膜堵塞、操作难度大。絮凝是微藻采收中应用较为广泛的采收技术，絮凝剂与藻细胞相互作用使得藻细胞聚集成团，依靠重力作用而沉降，絮凝效果明显，但是沉降过程用时长且絮凝剂会残留在培养液中污染水体，而且絮凝剂价格也比较昂贵。气浮分离方法在微藻采收应用时需要加入表面活性剂等物质，存在着和絮凝方法类似的表面活性剂残留等问题。

近几年来，磁分离技术在微藻分离采收中的应用已有文献报道。Xu等人研究发现，裸露的Fe₃O₄纳米颗粒可以对淡水藻小球藻和布朗葡萄藻进行磁性分离，该方法用时短、效果好，对培养液中微藻的回收率达到95%以上（Xu,L.,Guo,C.,Wang,F.,Zheng,S.,Liu,C.Z.,2011.A simple and rapid harvesting method for microalgae by in situ magnetic separation.Bioresour.Technol.102,10047-10051.）。Cerff等人研究表明，利用氧化硅修饰的Fe₃O₄颗粒对淡水藻和海洋藻进行采收，在适宜条件下微藻的采收效率也可达到95%以上（Cerff,M.,Morweiser,M.,Dillschneider,R.,Michel,A.,Menzel,K.,Posten,C.,2012.Harvesting fresh water and marine algae by magnetic separation:Screening of separation parameters and high gradient magnetic filtration.Bioresour.Technol.118,289-295.）。Lim等人研究发现，用阳离子型二甲基二烯丙基氯化铵聚合物修饰Fe₃O₄纳米颗粒采收小球藻，在外磁场的作用下可以快速地把微藻和磁颗粒的混合物从溶液中分离出来，小球藻的采收效果可达到99%（Lim,J.K.,Chieh,D.C.,Jalak,S.A.,Toh,P.Y.,Yasin,N.H.,Ng,B.W.,Ahmad,A.L.,Rapid magnetophoretic separation of microalgae.Small.11,1683-1692.）。以上研究表明，磁分离技术是实现微藻高效采收的方法之一。