使用陽(yáng)離子型有機(jī)粘土快速且有效收獲綠藻類的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于收獲藻類的氨基粘土，其通過(guò)將氨基硅烷經(jīng)由溶膠-凝膠反應(yīng)固定且通過(guò)使陽(yáng)離子型金屬離子位于中心而制備。本發(fā)明還涉及一種使用選自所述方法的任一種氨基粘土收獲藻類的方法。
【專利說(shuō)明】使用陽(yáng)離子型有機(jī)粘土快速且有效收獲綠藻類的方法
[0001]發(fā)明描述

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種收獲綠藻類(通常稱為“綠藻綱(chlOTophyceae) ”)的技術(shù)，更特別地，涉及在使用陽(yáng)離子型有機(jī)納米粘土(nanoclay)( “氨基粘土(aminoclay) ”)的收獲(絮凝和沉降)綠藻類中的合適的濃度和時(shí)間以及一定量的所得生物質(zhì)，其中該技術(shù)可適用于在廢水和三輕甲基氨基甲燒-乙酸-磷酸鹽(tris-acetate-phosphate) (TAP)培養(yǎng)基中栽培的所有綠藻。此外，本發(fā)明涉及利用水溶性陽(yáng)離子型有機(jī)納米粘土，該粘土通過(guò)在乙醇介質(zhì)(能夠使陽(yáng)離子型金屬前體以及氨基硅烷溶解的任一種溶劑)存在下將氨基硅烷經(jīng)由溶膠-凝膠反應(yīng)固定在陽(yáng)離子型金屬(Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Al3+、Fe3+等)周圍(以形成粘土結(jié)構(gòu))而制備，如圖1中對(duì)綠藻類收獲具體所示。

【背景技術(shù)】
[0003]綠藻綱(在下文中稱為“綠藻類”)包括原核類(procaryota)(即藍(lán)綠藻(blue-green algae)類)和真核類(eucaryota)(即主要為綠藻類)，通常具有光合色素且像植物一樣為自養(yǎng)的。換句話說(shuō)，已知綠藻類使用光和二氧化碳通過(guò)光合作用產(chǎn)生油和有效成分。藍(lán)綠藻類和綠藻類可能出現(xiàn)菌絨(blooming)，引起水污染，然而，其通常栽培在實(shí)驗(yàn)室和大田用于生產(chǎn)健康物質(zhì)如EPA、DHA等，以及在綠藻類的細(xì)胞中存在的有用的類胡蘿卜素基色素。此外，栽培具有高脂類含量的綠藻類可得到FAME(生物柴油(b1diesel))，其可用作生物燃料，由此變得引人關(guān)注。
[0004]在制造藻類(綠藻)生物柴油的過(guò)程中，尤其是在下游方法(栽培、收獲/干燥、提取和向生物柴油的轉(zhuǎn)化)中，降低成本的尤其重要的一個(gè)部分為綠藻類收獲。尤其是強(qiáng)烈需要極大能量用于由極度稀釋的溶液收獲小細(xì)胞(1-10 μ m)，這是一個(gè)尚未克服的重要問(wèn)題。因此，仍然沒(méi)有快速且有效收獲綠藻類的特定方法。
[0005]目前本領(lǐng)域報(bào)道的技術(shù)可包括例如離心、絮凝、過(guò)濾、浮選、pH控制(至pHll)或電解方法。然而，這些是能耗技術(shù)，不易于使用設(shè)備以提高其效率。盡管電解方法與其他方法相比較為有利，但該方法由于使用電極及其施用而為基于Al3+離子泄漏的技術(shù)，由此其的使用麻煩。因此，仍需開(kāi)發(fā)合適的技術(shù)。
[0006]對(duì)于絮凝方法，已報(bào)道使用現(xiàn)有的陽(yáng)離子型聚合物或由微生物得到的生物絮凝劑(生物絮凝試劑)。然而，水溶性分子離子和聚合物的形式會(huì)降低效率。為了有效收獲綠藻類，就分子?電位的正值而言，越大越好。此外，如果絮凝劑在與綠藻類栽培的條件相似的ΡΗ7-10的水平下具有強(qiáng)陽(yáng)離子性能，則可經(jīng)由絮凝而有效收獲綠藻類。這是因?yàn)榫G藻類的表面顯現(xiàn)陰離子性能。此外，當(dāng)使用呈顆粒形式而不是離子狀態(tài)的絮凝劑時(shí)，可發(fā)現(xiàn)替換方法能夠更加有效地施加絮凝劑并使其回收。如果絮凝劑可大量生產(chǎn)且不具有殘留毒性，則可在重復(fù)栽培綠藻類中使用培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物，從而顯著減少產(chǎn)物的單位成本。
[0007]因此，為了解決上述問(wèn)題，需要呈顆粒型的本發(fā)明新型絮凝劑以快速且有效地收獲(即絮凝/沉降)綠藻類。
[0008]公開(kāi)內(nèi)容
[0009]技術(shù)問(wèn)題
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供合適的濃度和時(shí)間，在該濃度和時(shí)間下生物質(zhì)可在合成陽(yáng)離子型水溶性有機(jī)納米粘土(顆粒)(具有+20mV或更大的ζ電位)后通過(guò)快速且有效地收獲在廢水和TAP培養(yǎng)基中栽培的藍(lán)綠藻類和綠藻類而獲得。
[0011]對(duì)于綠藻類收獲，常規(guī)技術(shù)包括各種缺點(diǎn)如設(shè)備的使用，或盡管使用絮凝劑，但絮凝劑效率降低等。由于這些情況，尚未提出明確的解決方案。對(duì)于綠藻類栽培，在由營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基收獲綠藻類后，培養(yǎng)基殘留物需重復(fù)使用而無(wú)需進(jìn)一步衛(wèi)生處理(sanitarytreatment)，其在經(jīng)濟(jì)上有利。這意指用過(guò)的綠色絮凝劑(如果殘留的話)不應(yīng)阻止綠藻類的生長(zhǎng)。此外，為了降低綠藻類生物精制的總成本，即使在綠藻類栽培于廢水中的情況下也應(yīng)易于施加重復(fù)使用的培養(yǎng)基。此外，盡管在廢水中存在不同成分，但綠藻類仍應(yīng)易于回收。替換地，為了使絮凝劑殘留物的量最小化，理想的是絮凝劑具有顆粒形式且顯現(xiàn)陽(yáng)離子性能。
[0012]本發(fā)明待實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)不特別限制于上述描述，相反，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將由本申請(qǐng)的詳細(xì)描述可充分理解本文未提及的替換任務(wù)。
[0013]技術(shù)方案
[0014][I]本發(fā)明技術(shù)法
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用于收獲顯微藻類的氨基粘土，該氨基粘土通過(guò)將氨基硅烷經(jīng)由溶膠-凝膠反應(yīng)固定在陽(yáng)離子型金屬離子周圍而制備。
[0016]金屬離子可包括例如選自Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Al3+、Fe3+ 中的任一種。
[0017]本文所述的氨基硅烷可包括例如選自(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、[3-(2-氨基乙基氨基)丙基]三甲氧基硅烷和3-[2-(2_氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基三甲氧基硅燒中的任一種。
[0018]優(yōu)選氨基硅烷可為通過(guò)組合選自TTMS ((3-巰基丙基)三甲氧基硅烷)、MTES (甲基三乙氧基硅烷)、PTES (苯基三乙氧基硅烷)和TEOS (四乙氧基硅烷)中的至少一種而形成的混雜物。
[0019]對(duì)于金屬離子與氨基硅烷的混合比，金屬離子的摩爾比可高于硅(Si)的摩爾比。優(yōu)選金屬離子與氨基硅烷的混合比以金屬與硅(Si)的摩爾比計(jì)可為1:0.75。
[0020]本文所述的固定可在有機(jī)溶劑或蒸餾水中進(jìn)行。優(yōu)選有機(jī)溶劑為能夠使選自陽(yáng)離子型金屬離子和有機(jī)硅烷中的至少一種溶解的溶劑。更優(yōu)選有機(jī)溶劑選自乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亞砜(DMSO)中的任一種。有機(jī)溶劑實(shí)際上可起與木材、膜、玻璃和/或織物(如棉、羊毛、尼龍、聚酯等)固定的作用。
[0021]固定可在5_30°C的溫度和Iatm下進(jìn)行。
[0022]本文所述的藻類可包括例如綠顯微藻類或藍(lán)綠藻類。綠藻類尤其為在廢水中栽培的綠顯微藻類，此外其可在三羥甲基氨基甲烷-乙酸-磷酸鹽(TAP)中，甚至在跑道池(raceway pond)中栽培。同時(shí)，下表1詳細(xì)描述有關(guān)在小球藻(Chlorella Vulgaris)栽培中使用的廢水的物理性質(zhì)的信息。
[0023]表1
[0024]

【權(quán)利要求】
1.一種用于收獲顯微藻類的氨基粘土，其通過(guò)將氨基硅烷經(jīng)由溶膠-凝膠反應(yīng)固定在陽(yáng)離子型金屬離子周圍而制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中金屬離子選自Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Al3+、Fe3+中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中氨基硅烷選自(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、[3-(2-氨基乙基氨基)丙基]二甲氧基硅烷和3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基二甲氧基硅烷中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中氨基硅烷為通過(guò)混合選自TTMS((3-巰基丙基)三甲氧基硅烷)、MTES (甲基三乙氧基硅烷)、PTES (苯基三乙氧基硅烷)和TEOS (四乙氧基硅烷)中的至少一種而形成的混雜物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中金屬離子與氨基硅烷的混合比的特征在于金屬離子的摩爾比高于硅(Si)的摩爾比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的氨基粘土，其中金屬離子與氨基硅烷的混合比的特征在于金屬與硅(Si)的相對(duì)摩爾比為1:0.75。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中固定在有機(jī)溶劑或蒸餾水中進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的氨基粘土，其中有機(jī)溶劑為使選自陽(yáng)離子型金屬離子和有機(jī)硅烷中的至少一種溶解的溶劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的氨基粘土，其中有機(jī)溶劑選自乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亞砜(DMSO)中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中固定在5-30°C和Iatm下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中藻類為綠藻類或藍(lán)綠藻類。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的氨基粘土，其中氨基粘土在PH4-10下具有陽(yáng)離子性能以提高與顯現(xiàn)出陰離子性能的綠藻類的表面的絮凝。
13.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的氨基粘土收獲藻類的方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中使氨基粘土在0.5-0.25g/L的濃度下處理以收獲綠藻類。
【文檔編號(hào)】C12N1/12GK104136625SQ201280066945
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】W·法魯克, 李英哲, 楊枝元 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人碳循環(huán)型下一代生物能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究團(tuán)