一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法，先將殼聚糖改性得到胍基殼聚糖絮凝劑；然后將胍基殼聚糖絮凝劑加入到微藻培養(yǎng)液中，使胍基殼聚糖絮凝劑在微藻培養(yǎng)液中的濃度為2-100mg/L，攪拌5～10min，靜置沉淀10-120min，棄去上清液，采收微藻即可。本發(fā)明將殼聚糖經(jīng)胍基化改性后，具有更好的絮凝效果，可應(yīng)用于微藻大規(guī)模培養(yǎng)后的采集以及導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的有害藻體的快速處理，具有成本低廉、投入較少、制備工藝條件簡單以及環(huán)境友好等優(yōu)勢。
【專利說明】一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于制備生物柴油過程的藻類采收應(yīng)用領(lǐng)域，具體的說，是涉及以改性殼聚糖為絮凝劑用于藻類富集及采收的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國石油資源不足，近幾年嚴(yán)重依賴進(jìn)口，進(jìn)口石油量占石油總量的一半以上。開發(fā)可替代石油資源的液體燃料已成為當(dāng)今社會亟待解決的社會問題，以期從根本上解決我國石油短缺現(xiàn)狀，有效保障我國能源安全。因此，尋找石油特別是柴油的替代燃料成了緊迫和急需的問題。生物柴油就是一種良好的化石柴油的替代燃料。
[0003]生物柴油成本中約75%是原料油的成本，因此生物柴油產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在于廉價(jià)產(chǎn)油原料的獲取。生物柴油原料新來源中，藻類尤其是微藻近年來引起研究者的廣泛的關(guān)注。微藻分布廣泛、種類繁多，在光自養(yǎng)生長過程可合成大量油脂。鑒于微藻具有的獨(dú)特優(yōu)勢，微藻被認(rèn)為唯一可以完全替代化石燃料的生物柴油原料。
[0004]然而，由于微藻個(gè)體微小，且在培養(yǎng)液中的濃度很低，決定了其米收難度很大。對于工業(yè)規(guī)模的微藻養(yǎng)殖，從藻液中低成本米收微藻一直是個(gè)瓶頸。有資料表明，微藻米收的成本占其養(yǎng)殖成本的20%~30%。因此，尋求一種高效率、低成本的采收方法是當(dāng)前亟需解決的問題。特別是在燃油工業(yè)方面，目前以微藻為原料的生物柴油生產(chǎn)成本極高，要想取代傳統(tǒng)的化石能源，必須大幅降低其生產(chǎn)成本，微藻采收成本的下降，將大幅加快以微藻為原料的生物柴油工業(yè)化進(jìn)程。
[0005]微藻細(xì)胞由于表面帶負(fù)電荷，細(xì)胞間相互排斥而穩(wěn)定懸浮于培養(yǎng)液中，并且個(gè)體小、濃度低，可采用離心、過濾、絮凝等采收方法。微藻的離心分離雖然效率高，但是需要消耗大量的能源，并且對細(xì)胞造成一定的損傷。膜過濾的方法僅適用于少數(shù)微藻，且膜過濾法采收微藻處理能力小，膜過濾過程中微藻細(xì)胞受機(jī)械或流體剪切作用而破裂，或由于懸浮于藻液中的其它微小顆粒物，而導(dǎo)致膜污染等問題，給膜清洗和再次利用帶來困難。
[0006]因此，在采用傳統(tǒng)的采收過程中加入絮凝劑，使微藻細(xì)胞發(fā)生絮凝現(xiàn)象而形成小的聚集體，可以提高藻體采收效果。常用的化學(xué)絮凝劑主要分為兩類:無機(jī)絮凝劑和高分子絮凝劑。
[0007]無機(jī)絮凝劑常用的無機(jī)絮凝劑有FeCl3、Fe2 (SO4) 3、A12(S04)3以及明礬等。無機(jī)陽離子絮凝劑具有絮凝效果好、PH值適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可用于大多數(shù)微藻細(xì)胞采收。但是由于金屬陽離子的加入，可能對微藻的后續(xù)生產(chǎn)加工造成影響。
[0008]高分子絮凝主要通過吸附架橋、吸附電中和、網(wǎng)捕卷掃等作用，使多個(gè)細(xì)胞或多個(gè)小的細(xì)胞聚集體相互橋接，形成較大的絮團(tuán)，有利于后續(xù)的脫水處理。高分子絮凝主要分為兩類:無機(jī)金屬鹽類聚合物和有機(jī)聚合物。無機(jī)金屬鹽類主要有鋁、鐵鹽的聚合物，如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵等；有機(jī)聚合物主要有聚丙烯酰胺、殼聚糖、陽離子改性淀粉等。`
[0009]殼聚糖由于其為天然高分子，可形成較好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且對環(huán)境及微藻無毒性等優(yōu)勢，成為很有潛力的一種絮凝劑。此外，還可對殼聚糖進(jìn)行化學(xué)修飾，根據(jù)需求改變其結(jié)構(gòu)，形成殼聚糖衍生物，提高對微藻的絮凝效果。目前，對殼聚糖的修飾文獻(xiàn)報(bào)道較多，主要有加入納米鐵、粘土等方法；但這類方法對殼聚糖絮凝效果的提升仍較為有限。對殼聚糖進(jìn)行化學(xué)修飾的方法，可更為有效地提高殼聚糖的絮凝效果。尤其在殼聚糖分子中引入更多的陽離子集團(tuán)，將提高殼聚糖吸附表面帶有負(fù)電荷的微藻的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有微藻采集較為困難，采集高能耗、低收益、高毒性等技術(shù)問題，提供一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法，殼聚糖經(jīng)胍基化改性后，具有更好的絮凝效果，可應(yīng)用于微藻大規(guī)模培養(yǎng)后的采集以及導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的有害藻體的快速處理，具有成本低廉、投入較少、制備工藝條件簡單以及環(huán)境友好等優(yōu)勢。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0012]一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法，該方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0013](I)將殼聚糖改性得到胍基殼聚糖絮凝劑；
[0014](2)將所述胍基殼聚糖絮凝劑加入到微藻培養(yǎng)液中，使所述胍基殼聚糖絮凝劑在所述微藻培養(yǎng)液中的濃度為2-100mg/L，攪拌5~lOmin，靜置沉淀10_120min，棄去上清液，采收微藻即可。
[0015]優(yōu)選地，步驟(1)中將殼聚糖改性得到胍基殼聚糖絮凝劑的具體步驟如下:
[0016](a)將殼聚糖溶于0.1-0.3mol/L的鹽酸溶液中攪拌至完全溶解，得到殼聚糖鹽酸溶液；
[0017](b)在步驟(a)得到的所述殼聚糖鹽酸溶液中加入氨基腈后，于80~95°C攪拌8~16h得澄清溶液，其中所述氨基腈與所述殼聚糖鹽酸溶液中殼聚糖的氨基摩爾比為2:1 ~4:1 ;
[0018](c)將步驟(b)得到的澄清溶液放入透析袋透析2-5天；
[0019](d)真空冷凍干燥或噴霧干燥，得胍基殼聚糖絮凝劑。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021](一)本發(fā)明將殼聚糖引入胍基基團(tuán)作為有機(jī)高分子絮凝劑，適用于高效采集微藻。胍基是目前自然界發(fā)現(xiàn)的正電性最強(qiáng)的生物活性有機(jī)堿，在中性、酸性和堿性條件下均能形成帶正電的集團(tuán)。本發(fā)明通過胍基基團(tuán)的引入增強(qiáng)了殼聚糖的正電性，提高其對微藻的絮凝效果，其對微藻的沉降率可達(dá)95%以上，輔以離心方法，得到的藻泥總脫水率可達(dá)99%以上。
[0022](二)本發(fā)明的藻類采收方法對環(huán)境及藻體細(xì)胞無毒害。殼聚糖及胍基都是天然化合物，沒有引入新的金屬離子，因此不對環(huán)境產(chǎn)生新的污染；所用的絮凝劑在采收藻體的過程中，沒有破壞藻細(xì)胞，不影響藻體后續(xù)利用。
[0023](三)本發(fā)明的藻類采收方法不僅適用于含油微藻制取生物柴油，而且具有清除水體中有害藻類的功能，進(jìn)而可以達(dá)到凈化水質(zhì)效果，凈水效果見效快，效果佳。具有廣泛的使用價(jià)值。
[0024](四)本發(fā)明的藻類采收方法成本適中，可工業(yè)化應(yīng)用于藻類采收。殼聚糖在自然界廣泛存在，市場價(jià)格低廉，本發(fā)明的胍基殼聚糖絮凝劑制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，成本較低，并且該胍基殼聚糖絮凝劑為固體粉末，利于運(yùn)輸和保存。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是實(shí)施例1中原殼聚糖(CS)及制備的胍基殼聚糖絮凝劑(GCS)的傅立葉變換紅外線光譜圖；
[0026]圖2是實(shí)施例1中原殼聚糖(CS)的核磁共振儀圖譜；
[0027]圖3是實(shí)施例1中制備的胍基殼聚糖絮凝劑(GCS)的核磁共振儀圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以下實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]取均分子量為70kDa、脫乙酰度為81%殼聚糖3g加入至30mL0.3mol/L鹽酸溶液，使殼聚糖完全溶解，得到殼聚糖鹽酸溶液。
[0031]在殼聚糖鹽酸溶液中加入氨基腈，90°C攪拌12h得澄清溶液，其中氨基腈與殼聚糖鹽酸溶液中殼聚糖的氨基摩爾比為2:1。
[0032]將所得澄清溶液放入透析袋(MWC03500)，透析5天，置于_20°C低溫冰箱中預(yù)凍，然后放入冷凍干燥機(jī)中干燥，得到胍基殼聚糖絮凝劑，所得胍基殼聚糖絮凝劑(GCS)及原殼聚糖(CS)傅立葉變換紅外線光譜以及核磁共振儀`檢測結(jié)果見圖1、圖2、圖3。
[0033]圖1中1622CHT1處的吸收峰對應(yīng)的是胍基，表明胍基已經(jīng)成功連接到殼聚糖上，形成C=N鍵。在1520CHT1處出現(xiàn)的特征峰為連接胍基和殼聚糖的酰胺鍵所形成的特征峰。圖2為殼聚糖的核磁共振譜圖，圖3為本實(shí)施例所制備胍基殼聚糖絮凝劑的核磁共振譜圖。圖3中，δ =1.89，歸屬于N-乙酰基，δ =4.58，2.87，3.43，3.78分別屬于殼聚糖主鏈上的H-1，Η-2，Η-7和Η-8，結(jié)果表明殼聚糖已經(jīng)成功改性，形成胍基殼聚糖絮凝劑。
[0034]在培養(yǎng)液中培養(yǎng)小球藻3天，取5mg上述制備的胍基殼聚糖絮凝劑加入到IL微藻培養(yǎng)液中，使絮凝劑濃度為5mg/L，攪拌器攪拌5min，將微藻培養(yǎng)液靜置沉淀30min，微藻沉降率達(dá)97%。
[0035]實(shí)施例2
[0036]取均分子量為70kDa、脫乙酰度為85%殼聚糖3g加入至30mL0.lmol/L鹽酸溶液，使殼聚糖完全溶解，得到殼聚糖鹽酸溶液。
[0037]在殼聚糖鹽酸溶液中加入氨基腈，95°C攪拌8h得澄清溶液，其中氨基腈與殼聚糖鹽酸溶液中殼聚糖的氨基摩爾比為2:1。
[0038]將所得澄清溶液放入透析袋(MWC02000)，透析2天，置于_20°C低溫冰箱中預(yù)凍，然后放入冷凍干燥機(jī)中干燥，得到胍基殼聚糖絮凝劑。
[0039]在培養(yǎng)液中培養(yǎng)小球藻4天，取2mg上述制備的胍基殼聚糖絮凝劑加入到IL微藻培養(yǎng)液中，使絮凝劑濃度為2mg/L，攪拌器攪拌lOmin，將微藻培養(yǎng)液靜置沉淀lOmin，微藻沉降率達(dá)95%。
[0040]實(shí)施例3
[0041]取均分子量為70kDa、脫乙酰度為70%殼聚糖2g加入至30mL0.2mol/L鹽酸溶液，使殼聚糖完全溶解，得到殼聚糖鹽酸溶液。
[0042]在殼聚糖鹽酸溶液中加入氨基腈，85°C攪拌IOh得澄清溶液，其中氨基腈與殼聚糖鹽酸溶液中殼聚糖的氨基摩爾比為3:1。
[0043]將所得澄清溶液放入透析袋(MWC03500)，透析5天，置于_20°C低溫冰箱中預(yù)凍，然后放入冷凍干燥機(jī)中干燥，得到胍基殼聚糖絮凝劑。
[0044]在培養(yǎng)液中培養(yǎng)小球藻3天，取50mg上述制備的胍基殼聚糖絮凝劑加入到IL微藻培養(yǎng)液中，使絮凝劑濃度為50mg/L，攪拌器攪拌8min，將微藻培養(yǎng)液靜置沉淀120min，微藻沉降率達(dá)97%。
[0045]實(shí)施例4
[0046]取均分子量為70kDa、脫乙酰度為90%殼聚糖2g加入至30mL0.25mol/L鹽酸溶液，使殼聚糖完全溶解，得到殼聚糖鹽酸溶液。
[0047]在殼聚糖鹽酸溶液中加入氨基腈，80°C攪拌16h得澄清溶液，其中氨基腈與殼聚糖鹽酸溶液中殼聚糖的氨基摩爾比為4:1。
[0048]將所得澄清溶液放入透析袋(MWC03500)，透析3天，減壓濃縮后噴霧干燥，得到胍基殼聚糖絮凝劑。
[0049]在培養(yǎng)液中培養(yǎng)小球藻3天 ，取IOOmg上述制備的胍基殼聚糖絮凝劑加入到IL微藻培養(yǎng)液中，使絮凝劑濃度為100mg/L,攪拌器攪拌5min,將微藻培養(yǎng)液靜置沉淀30min,微藻沉降率達(dá)96%。
[0050]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進(jìn)行: (1)將殼聚糖改性得到胍基殼聚糖絮凝劑； (2)將所述胍基殼聚糖絮凝劑加入到微藻培養(yǎng)液中，使所述胍基殼聚糖絮凝劑在所述微藻培養(yǎng)液中的濃度為2-100mg/L，攪拌5~lOmin，靜置沉淀10_120min，棄去上清液，采收微藻即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以改性殼聚糖為絮凝劑的藻類采收方法，其特征在于，步驟(1)中將殼聚糖改性得到胍基殼聚糖絮凝劑的具體步驟如下: Ca)將殼聚糖溶于0.1-0.3mol/L的鹽酸溶液中攪拌至完全溶解，得到殼聚糖鹽酸溶液； (b)在步驟(a)得到的所述殼聚糖鹽酸溶液中加入氨基腈后，于80~95°C攪拌8~16h得澄清溶液，其中所述氨基腈與所述殼聚糖鹽酸溶液中殼聚糖的氨基摩爾比為2:1~4:1 ; (c)將步驟(b)得到的澄清溶液放入透 析袋透析2-5天； Cd)真空冷凍干燥或噴霧干燥，得胍基殼聚糖絮凝劑。
【文檔編號】C08B37/08GK103756907SQ201410012982
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】齊云, 陳冠益, 趙劉 申請人:天津大學(xué)