[发明专利]用于分离微藻的自组装磁改性絮凝剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程分离领域，具体涉及用于分离微藻的自组装磁改性絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，化石能源的日益枯竭和环境污染的日益严峻，使寻找清洁可再生的新能源成为热点。微藻含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、色素等营养物质，同时又具有含油量高、生长周期短、生物产量高等优点，有望成为一种极具潜力的生物柴油生产原料。但由于微藻个体微小(2-30μm)，导致其采收环节成本过高，推广应用受到限制。

常用的微藻采收方法有离心、过滤、沉降、气浮等，但由于微藻个体小、浓度低，进行采收前，一般要对微藻进行絮凝预处理，使其在絮凝药剂的作用下，聚集成较大的絮凝体，提高采收效率。常用的絮凝剂包括传统无机盐类(铝盐、铁盐)、聚合高分子类(聚合氯化铝、聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁)、生物类(粘土、果壳、壳聚糖等)，但金属盐类絮凝剂会带来生物量的金属离子污染，生物类絮凝剂如壳聚糖、生物菌剂等价格昂贵。因此，一种高效、廉价、易降解的天然絮凝剂，将具有很好的应用前景。

单宁是植物体内的酚类次生代谢产物，在自然界中储量丰富，主要存在于植物的皮、根、叶和果肉中，是仅次于纤维素、木质素、半纤维素的林副产品。由于植物单宁含有大量的酚羟基结构，胶粒表面带负电荷对于水中大部分呈阴电荷的胶体具有显著的分散作用，考虑到植物单宁苯环状结构的亲核性，在环状结构的强亲核位点上引入其他带电荷的基团-胺甲基基团后，絮凝性质可以得到很大提高。由于单宁来源于天然产物，易被生物降解，不会对环境造成二次污染，是一类新型的环境友好型材料。

磁性材料具有易分离、操作简单的特点，近年来，采用磁性材料进行微藻分离的方法已有报道。中科院过程所的郭晨、胡一茹等人曾发明“一种磁分离器采收微藻的方法”，但该方法使用的修饰物是二烯丙基二甲基氯化铵聚合物或聚乙烯亚胺，最后再溶解于阳离子聚丙烯酰胺中进行重组，形成磁絮凝剂，这会对收获的生物量带来丙烯酰胺等有害污染物的残留。Liu和li等(Liu D.,Li F.T.,Zhang B.R.Water Sci.Technol.2009,59,1085)采用壳聚糖修饰的磁性聚合物作为磁分离介质，成功分离了淡水中藻华的蓝藻，但其磁分离介质的合成较为复杂，且磁介质受离子强度的影响无法重复使用，加上壳聚糖昂贵的造价，极大的增加了成本，大规模应用十分困难。

此外，Fe₃O₄磁粒子为不规则的颗粒状，有些絮凝剂不能与其进行自组装，无法将有效的絮凝基团-铁氢氧化物胶团与磁颗粒组装在一起，形成有效的磁改性絮凝剂。例如，用聚合铝铁和磁粉复配收集淡水中的铜绿微囊藻，藻细胞密度为1-2×10⁹时，收集率只有70％，且对磁场强度要求较高，收集过程耗时较长。除此之外，还有聚合氯化铁、阳离子聚丙烯酰胺等，将它们与磁粒子混合后收集微藻细胞，效果也并不显著。

本发明将胺甲基化单宁与磁粒子在自组装的前提下，通过外加磁场，利用该重组磁介质对高密度藻液中的微藻进行磁捕获。与传统微藻分离技术相比，该方法使用新型环境友好型材料，分离时间短，效果好，而且上清液中几乎无絮凝剂残留，成本不到传统絮凝剂的1/10，能耗降低50％以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于分离微藻的自组装磁改性絮凝剂。

本发明的再一目的是提供制备上述用于分离微藻的自组装磁改性絮凝剂的方法。

本发明的再一目的是提供利用自组装磁改性絮凝剂分离微藻的方法。