[发明专利]一种筛选高效吸附微藻的载体材料的实验方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于材料科学和环境科学领域，具体涉及一种筛选高效吸附微藻的载体材料的实验方法。

背景技术

微藻被认为在天然水体的自净过程中起着重要作用，早在20世纪50年代，就有学者提出利用微藻处理污水的设想。此后，以高效藻类塘为代表的悬浮生长系统在分散式污水处理中得到了广泛的工程应用，但这类悬浮系统存在占地面积大、处理效果不稳定等局限性。固定化微生物技术是指运用物理或化学手段把游离的微生物固定于限定空间并保持其活性加以反复使用的一种技术，最初用于生物酶的固定，经过多年的发展，也被广泛用于细菌、酵母等微生物细胞的培养与繁殖。固定化技术在微藻领域的应用始于20世纪80年代，相关研究主要包括细胞的培养和污水的生物处理。与传统悬浮式培养相比，固定化培养具有便于生物质收集，降低培养费用，提高微藻细胞膜产量进而提高废水处理效率等优点。有关固定化培养模式的新藻类技术正成为研究的热点。

基于不影响微藻细胞活性的原则，目前包埋法和吸附法是两种主要的微藻固定化方法。包埋法是将微藻细胞截留在水不溶性的凝胶络合物的网络空间中，此方法操作复杂且成本高，因而限制了其大规模的实际应用。吸附法虽存在细胞固定数目和固定强度的限制，但随着材料技术的进步，可以通过对材料表面的特性加以改进从而提高吸附的性能，且该方法具有操作简便，成本低廉，细胞易回收等优点，故较为简单的吸附法正逐渐成为固定化微藻培养的发展趋势。但在吸附固定化过程中，不同藻类在不同载体上的吸附效果差别较大。常用的载体材料包括有机高分子材料(纤维、尼龙、塑料等)、无机载体(高岭石、多孔瓷器、多孔玻璃等)以及金属材料(不锈钢、铁、钛等)。然而在实际应用中，很难通过复杂的实验来对微藻和众多载体材料之间的吸附效能进行一一匹配和验证。本发明利用热力学模型，对应每种污水处理的藻种，可快速筛选出与之匹配的具有最好吸附性能的材料，从而实现藻细胞在该载体材料表面的最大附着。

研究表明，微藻细胞与载体的吸附作用主要取决于细胞与载体间的相互作用力，这种作用力的大小与微藻表面和载体材料的物理化学性质均有密切关系。在热力学领域，这些物理化学性质可通过一些表面热力学参数进行表征，包括表面张力中的范德华组分(γ^LW)、路易斯酸碱组分(γ^AB)的电子供体(γ^-)和电子受体(γ⁺)。通过这些参数的测定或计算，可得到微藻在载体材料表面吸附自由能变，揭示微藻和载体材料间相互作用的热力学本质，从而筛选出更有利于微藻吸附的材料。目前，关于载体材料的表面性质与微藻细胞吸附效果的之间的关联还未进行系统研究。

发明内容

本发明旨在提供一种筛选高效吸附微藻的载体材料的。为实现本发明的上述目的，所采用的技术方案是：

一种筛选高效吸附微藻的载体材料的实验方法，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后测定微藻细胞样品和载体材料样品表面的接触角，进行接触角测量；