[發明專利]一種基于修飾Fe3

有效

• 申請號: 202010197149.9
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111533224B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 朱亮;蔣超;徐向陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F1/48
• 分類號: C02F1/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基于修飾Fe₃O₄納米磁性材料分離藻細胞的方法，該方法將3?氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修飾的Fe₃O₄納米磁性材料作為磁種，預先制成分散液后加入待分離藻液中，充分混合形成磁性材料?藻細胞絮體，待分離藻液的細胞濃度預先調節在1×10⁶～6×10⁶cells/mL范圍，pH維持在6?8范圍；在外加磁場下對磁性材料?藻細胞絮體進行磁分離，實現異位除藻。相對于現有技術而言，本發明將APTES包覆在Fe₃O₄納米顆粒表面可顯著增強正電性，磁種與帶負電的藻細胞之間發生靜電吸引促進磁種與藻細胞結合，提高分離藻細胞的能力并大大降低磁種的用量；而本發明提供的藻細胞磁分離方法操作簡單，分離效率高、耗時短，對分離設備要求低，有利于實際推廣應用。

技術領域

本發明屬于水污染控制技術領域，具體涉及一種3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修飾的Fe₃O₄磁性納米材料制備方法以及采用該磁性納米材料磁分離藻細胞的方法。

背景技術

藍藻是一類進化歷史悠久、具有產氧性光合作用的大型單細胞原核生物。藍藻細胞由于密度小且含有偽空泡結構，一般懸浮在水中。在適宜的溫度、光照和風速等環境條件下，水體中微囊藻、魚腥藻、束絲藻等優勢屬浮游植物大量繁殖，形成肉眼可見的群體絮團，引發湖庫河流嚴峻的藍藻水華問題。藍藻水華暴發期間，水面往往形成浮膜，導致水體透明度和溶解氧下降，腐爛后的水華呈現藍白色，發出難聞的氣味，并向水體中釋放藻毒素等有毒物質，直接影響環境水體水質、飲用水安全以及水生動物與人類健康。

為有效削減環境水體的藻細胞數量,降低流域藍藻水華暴發的頻率與風險，采用工程措施對環境水體中的藍藻等進行分離是最為直接有效的手段。目前，國內外用于藻水分離的技術主要包括沉降法、離心法、過濾法、氣浮法和絮凝法。其中，沉降法是依靠重力使藻細胞從藻水分離的方法，運行成本低，但分離效率不高、沉降時間較長。離心法是利用藻液高速旋轉時產生的離心力，使藻細胞從藻液中分離的一種方法，其分離耗時短、效率高，但存在能耗過大的問題，同時受到設備尺寸的限制，難以大規模推廣應用。過濾法通過外加能量提供壓強差使藻水通過多孔的過濾介質，水由孔隙流過介質，而藻細胞截流在介質上形成濾餅，從而實現藻水分離，其能耗低，對設備要求少，且分離效果較好，但濾網或濾膜在過濾期間可能被堵塞或污染，影響系統的長期穩定運行，不適宜大規模的藻水分離應用。氣浮法是向藻液通入氣體，形成氣、液、固三相混合流，藻細胞與微氣泡粘附形成共聚體，在浮力作用下使共聚體上浮到混合液表面，從而達到藻水分離的目的，其流程和設備簡單、操作方便、效率高、對細胞損傷小，具有較大的發展潛力，但易受氣泡尺寸、細胞表面性質、溶液化學條件、氣浮環境等因素的影響。絮凝法通常可以分為自絮凝和化學絮凝，自絮凝主要是因為藻細胞產生的多糖或糖苷等活性物質具有絮凝效果，從而誘發藻細胞相互絮凝沉降，一般效率較低；化學絮凝法是投加化學絮凝劑，通過絮凝劑的吸附架橋、電性中和或網捕卷掃等作用破壞藻細胞間的穩態關系，從而實現藻細胞的快速沉降，具有時間短、效率高、藻種的選擇性低等優點，但由于投加了化學藥劑，存在藥劑投加量較大、化學物質殘留等問題。

磁分離技術是指利用元素或組分磁勢的差異，借助外磁場對污染物質進行處理，從而達到強化分離的一種分離技術。磁分離具有操作簡單、能耗低、成本低、可回收利用等優點，被廣泛應用于高嶺土脫色、鋼渣回收、尾礦分選、廢水處理及生物化學過程等各種領域。

磁種的選擇影響分離效率和分離成本，通常磁種材料結合藻細胞的能力較弱，需要較大的劑量才能達到較高的分離效率。

因此，在本領域中需要能夠開發高效去除藻細胞的磁性材料及其應用工藝，實現快速高效分離藻細胞的目的，這對改善我國湖庫河流富營養狀態、規模化推廣應用具有重要意義。

發明內容