能源微藻的培养及其气浮浮选研究

摘要

随着全球经济的发展，对能源的需求也在不断增加，化石燃料在不远的将来将无法支持人类社会的正常运行，开发可持续生产的化石替代燃料成为未来能源发展的主导方向。能源微藻制取生物柴油，作为一种新兴的生物质产业，过去十年得到了广泛持续的关注，成为生物能源领域的研究热点。目前，微藻生物柴油发展的主要障碍是生产成本太高，尤其是微藻的采收环节，成本约占整个生产成本的20％-30%。因此，采收环节成为制约微藻制油产业化的关键问题。本课题选取小球藻和紫球藻为研究对象，通过单因素实验和正交实验，考察了营养元素(C、N、P、Mg）对微藻生长的影响以及浮选药剂(C16TAB、C14TAB、茶皂素(Tea Saponin)、鼠李糖脂(Rhamnolipid)对微藻气浮浮选回收率的影响，旨在为能源微藻的规模培养以及高效率的采收提供有效依据，取得的研究成果主要有：
　　（1）对于小球藻，选取葡萄糖、KNO3、KH2PO4以及MgSO4作为营养元素，设置不同的浓度梯度，实验结果表明，当葡萄糖、KNO3、KH2PO4、MgSO4浓度分别为20g/L、3.2g/L、0.08g/L、0.08g/L时，小球藻可以达到最大的细胞密度以及干重；对于紫球藻，选取NaHCO3、KNO3、KH2PO4为营养元素，结果表明，当浓度分别为3.2g/L，3.2g/L，0.1g/L时，紫球藻生长效果最佳。
　　（2）正交试验优化了能源微藻培养条件。实验表明葡萄糖20g/L，C:N为3:1， KH2PO40.05g/L，MgSO40.15g/L时，小球藻的干重可达到4.45g/L；当NaHCO33.2g/L， C:N4:1，KH2PO40.08g/L时，紫球藻干重可达到3.72g/L。
　　（3）单因素实验考察了四种浮选药剂（C16TAB、C14TAB、茶皂素(Tea Saponin)、鼠李糖脂(Rhamnolipid)对微藻表面疏水率、表面张力以及气浮采收效率的影响。并从绿色浮选角度选取了化学浮选药剂和生物浮选药剂。实验表明，表明活性剂可以有效改变微藻表面疏水率，提高浮选效率。其中C16TAB的效果最好，对于小球藻，回收率可达到89.23%；对于紫球藻，回收率可达到92.36%。
　　（4）正交实验优化了微藻浮选条件。对于小球藻，浮选最佳条件为C16TAB浓度80ppm，pH为9，空气流量为160 L/h，此时回收率可达94.29%；对于紫球藻，浮选最佳条件为C16TAB浓度100ppm，pH为10，空气流量为160 L/h，此时回收率可达96.31%。