不同壳聚糖改性黏土对小球藻的絮凝效应及絮凝条件优选

第34卷第16期农业工程学报Vol.34No.161982018年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.2018不同壳聚糖改性黏土对小球藻的絮凝效应及絮凝条件优选赵雨枫1，宋新山※1，曹新1，赵志淼2，宋锦1，袁世红1，陈燕1（1.东华大学环境科学与工程学院，上海201620；2.上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海201306）摘要：微藻个体微小，不易采收，为其开发利用带来了很大困难。利用酸性壳聚糖对3种不同类型的黏土矿物（膨润土、硅藻土、沸石）进行改性，制备无公害复合絮凝剂，探究其对小球藻（C.pyrenoidosa）的絮凝效果，并考察了复合絮凝剂的浓度、静置时间、藻液pH值和壳聚糖与黏土矿物的比例对絮凝率的影响。结果表明：复合絮凝剂的絮凝效果明显高于壳聚糖。其中壳聚糖改性硅藻土对小球藻的絮凝效果最佳，其最佳絮凝条件为pH值为8，壳聚糖和硅藻土的配比为1∶6，浓度为0.2g/L，沉降120min。在该条件下，小球藻的絮凝采收率可达到约96.16%。复合絮凝剂无毒环保，不会造成二次污染影响微藻生物质后续加工利用，是一种环境友好，安全健康的微藻絮凝剂，具有良好的应用前景。关键词：黏土矿物；絮凝；生物质；小球藻；壳聚糖doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.026中图分类号：D610.3099文献标志码：A文章编号：1002-6819(2018)-16-0198-07赵雨枫，宋新山，曹新，赵志淼，宋锦，袁世红，陈燕.不同壳聚糖改性黏土对小球藻的絮凝效应及絮凝条件优选[J].农业工程学报，2018，34(16)：198－204.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.026http://www.tcsae.orgZhaoYufeng,SongXinshan,CaoXin,ZhaoZhimiao,SongJin,YuanShihong,ChenYan.FlocculationeffectandoptimalflocculationconditionsofChlorellapyrenoidosabydifferentflocculantsofmodifiedchitosanandclayminerals[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2018,34(16):198－204.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.16.026http://www.tcsae.org0引言微藻分布广泛，其光合效率高、生长速度快，固碳和环境适应能力强，是一种新型的低碳环保资源[1]。小球藻含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸（polyunsaturatedfattyacid,PUFA）、生物多糖，具有抗肿瘤活性、抑制癌细胞、增强免疫等作用[2]，拥有广泛的应用前景。但小球藻个体微小（3～30μm），且在培养液中的浓度低（<1g/L），这导致工业规模的微藻养殖采收难度大、成本高。因此，寻求一种高效率、绿色无污染的絮凝剂是当前亟需解决的问题。目前，絮凝沉降是微藻采收和微藻去除中最为广泛的技术之一[3]。常用的絮凝剂主要有金属盐类和高分子聚合物，但絮凝过程中金属离子的引入会对水环境形成二次污染，也对微藻产品的后续深加工造成影响。壳聚糖是一种无毒可生物降解的天然高分子化合物，它具有良好的吸附性能，较好的电中和能力和网捕架桥作用，在水处理[4-6]、食品加工和化学工业中都有广泛的应用[7-9]。研究表明，藻液的pH值控制在4～6时，壳聚糖可以有效的絮凝微藻[10]。然而微藻培养至中后期时，藻液pH值通常呈现碱性（9～10.5左右）[11]，大幅度改变pH值会收稿日期：2018-03-20修订日期：2018-07-12基金项目：国家自然科学基金（51679041）；国家自然科学基金（41471089）；上海海洋大学博士科研启动基金（A2-0203-00-100356）作者简介：赵雨枫，博士生，主要从事微藻研究工作。Email：741554359@qq.com※通信作者：宋新山，教授，主要从事人工湿地及水处理研究工作。Email：newmountain@163.com使得絮凝成本增加。近年来，壳聚糖复合无机材料已成为研究热点。在无机材料中，黏土矿物作为一种廉价易得、天然无污染的材料，已逐渐应用于藻类的絮凝，而将壳聚糖和黏土矿物进行复合絮凝采收微藻的研究较为少见。因此，本研究选择3种不同类型的无机矿