基于加热预处理的气浮法采收微藻的试验研究

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1、分类号:X510710-2015129094硕士学位论文基于加热预处理的气浮法采收微藻的试验研究任香萤导师姓名职称李彦鹏教授申请学位类别工学硕士学科专业名称环境工程论文提交日期2018年5月3日论文答辩日期2018年5月25日学位授予单位长安大学ThestudyonHeat-aidedflotationforharvestingmicroalgaeAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：RenXiangyingSupervisor：Prof.LiYanpengChang’anUniversity,Xi’an,Ch

2、ina摘要微藻作为一种前景广阔的原料，受到越来越多的关注。然而，高昂的采收成本与不高的采收率制约了微藻产业化的发展。为提高微藻的采收率，降低其采收成本，本文改进了传统的气浮采收方法，提出基于加热预处理的气浮采收新方法，探究加热预处理对小球藻和二形栅藻两种代表藻种的气浮采收率的影响；通过电子显微镜图以及对微藻细胞表面特性的测定，并利用xDLVO（extendedDerjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek）理论计算微藻-水介质，微藻-水-气泡各相间的界面能，阐述加热预处理气浮采收微藻的机理；为进一步对加热预处理气浮采收过程进行优化，利用响应面设计

3、软件，筛选影响显著的因素，获得响应面预测模型，确定最优采收参数，通过与实验比较验证了预测模型的可靠性。研究得到以下主要结论：（1）在未优化之前，二形栅藻的采收率在90℃时最高，为91.84%。二形栅藻的加热预处理气浮采收率明显高于小球藻。相对于传统的气浮采收的采收率，本采收方法对于小球藻的采收并不理想。由显微镜图可以看出，加热预处理可以促进微藻细胞聚集，有利于后续气浮采收。（2）加热预处理会影响微藻的表面性质，主要表现为对两种微藻疏水性的提高，Zeta电位绝对值的变小以及对藻细胞完整性的影响。高温会使微藻表面有机物质碳链断裂，影响其表面亲疏水性和带电性。通过线性拟

4、合发现，两种微藻的表面疏水率与Zeta电位绝对值有极强的负相关关系。加热预处理主要通过改变微藻表面基团的性质，从而改变微藻表面的疏水性，对其采收率产生影响。（3）Lewisacid-base作用产生的疏水引力是水介质中藻细胞与气泡间相互作用的主导因素，温度越高，疏水引力越大，采收率越高。且相同条件下二形栅藻的疏水引力比小球藻大，因此二形栅藻的采收率更高。亲水指数（HydrophileIndex）越低，微藻细胞可浮性越好，采收率可能越高，可以用亲水指数筛选出适合加热预处理气浮采收的微藻藻种。（4）通过对Plackett-Burman筛选实验的分析，发现在微藻加热预处

5、理气浮采收的过程中，温度（℃）、转速（rpm）和浮选时间（min）对采收率的影响显著。对筛选出的三种因素进行BoxBehnken设计优化，发现三者均对采收率有显著影响，其中温度的影响最为显著。i通过响应面分析，获得两种微藻最优参数，小球藻为：加热温度90℃，转速1300rpm，浮选时间15min，采收率49.950±2.375%；二形栅藻为：加热温度90℃，转速1200rpm，浮选时间15min，采收率94.372±2.565%。关键词：加热预处理，气浮采收，小球藻，二形栅藻，xDLVO理论，响应面优化iiAbstractAsapromisingrawmateri

6、al,microalgaehasattractedmoreandmoreattention.However,thehighcostandlowrecoverylimitthedevelopmentofmicroalgaeappliedtoindustrialization.Inordertoimprovetherecoveryandsavethecostinharvestingprocess,thetraditionalfoamflotationmethodwasoptimizedbyheatingthemicroalgaeaspretreatment.Besid

7、es,theinfluencewasexploredofheatingpretreatmentontherecoveryofChlorellavulgaris(C.vulgaris)andScenedesmusdimorphus(S.dimorphus).Themechanismofheat-aidedimprovingefficiencywasanalyzedbyscanningelectronmicroscope,thesurfacepropertiesofmicroalgaecellsandtheextendedDerjaguin-Laudau-Verwey

8、-Over