本發明屬于生物質能源技術領域，特別涉及一種利用低聚物絮凝微藻的方法及其應用。
背景技術：
微藻(Microalga)是一種獨特的可自養的最原始的生物之一，是可以將太陽能直接轉化為化學能的光合生物。微藻體積小，結構簡單，具有種類多，分布廣，適應環境能力強，生長周期短，生長速率快，含油量高等優點。
微藻是一種經濟、高效的可再生的生物質能源，相比于其它油料作物，微藻不需占用耕地資源，不與農業競爭，不會造成糧食危機。其最大的優勢是能累積高含量的油脂，約占微藻細胞干重的15～80％。在生物能源領域占有重要地位。但目前通過微藻獲取生物柴油的生產成本很高，相對于傳統的化石能源，其在價格上缺乏競爭力，所以能源微藻作為生物質能源一直沒有得到推廣利用。因此，對能源微藻制備生物柴油過程中的各個環節進行成本壓縮尤為重要。而采收作為其中一個重要的環節約占總成本的20～30％，這是由于微藻個體微小(3～30μm)，濃度低，細胞易損傷而破裂，且細胞表面多帶負電荷，細胞穩定懸浮于培養液中。特別是在其生長后期，隨著油脂含量的不斷積累，密度越小越不易沉降，這給采收工作帶來很大挑戰。因此，尋求一種高效、低廉的微藻細胞采收途徑是實現微藻產業化亟待解決的問題之一。
目前，微藻采收的方法有很多種，傳統的采收方法有離心法、過濾法、氣浮法、重力沉降法和絮凝法。其中，應用最為普遍的是離心法，離心法對微藻個體要求不高，在合適的條件下微藻分離效率可以達到95％，其主要用于高附加值藻類的采收以及在初步分離后進一步脫水。離心法可以極大程度保留細胞原有化學性質，但由于很多微藻細胞無細胞壁，在強大的離心力和剪切力下，微藻的細胞結構會遭到破壞。
過濾的基本原理是：懸浮液在離心力或壓強差的作用下通過多孔濾膜，液相從孔隙流過濾膜，固相留在濾膜上形成濾餅，從而達到固液分離的過程，是微藻采收的常用方法之一。過濾主要用于體積較大形體較均勻的微藻的采收，但過濾過程中由于造成膜污染或易破損，給膜清洗和再次利用帶來困難，所以，目前過濾技術在能源微藻的大規模采收方面應用較少。
氣浮又稱為浮選，基本原理是：在固液懸浮液中通入微氣泡，形成固、液、氣三相混合流，固體顆粒與微氣泡粘附形成共聚體，在浮力作用下，使共聚體上浮，從而達到固液分離。氣浮法是一種高效分離的固液分離技術，在水處理及選礦方面應用較多。氣浮法主要包括分散空氣氣浮法、壓力溶氣氣浮法、電解氣浮和生物及化學氣浮等幾種形式，由于氣浮法簡單、方便、采收效率高、可連續操作、對細胞損傷小等優點，在微藻細胞采收方面具有較大的發展潛能，但氣浮法也易受諸多因素影響，如：氣泡尺寸、細胞表面性質、溶液化學條件及氣浮環境等。
絮凝法是通過加入少量的絮凝劑，利用微藻細胞與絮凝劑之間的各種作用力，而達到初分離效果的方法，是被認為最具經濟性的采收方法，可適用于大規模的微藻采收，且對藻種的適用范圍較廣，能耗低。
微藻細胞的絮凝根據不同的作用機理可以分為細胞自發絮凝、電解絮凝和化學絮凝。細胞自發絮凝是通過改變培養液的pH值，誘導細胞自發絮凝的一種現象。電解絮凝是通過引入電極(Al和Fe等)，電解微藻溶液，陽極電解產生金屬陽離子(Al3+和Fe3+)，由于吸附電中和等作用使微藻絮凝，同時在電解過程中產生氧氣和氫氣與絮體吸附，從而上浮，加快微藻采收效率。電解絮凝法不用另外加絮凝劑，采收后不會殘留硫酸根離子和氯離子等陰離子，具有絮凝效率高，適用pH值范圍廣，可適用大多數藻類，集氣浮絮凝于一體等優點，但由于能耗大，暫未用于微藻的大規模采收?；瘜W絮凝是根據微藻細胞表面帶負電荷等特性，通過加入陽離子電解質對微藻細胞表面電荷進行中和，從而減小細胞間斥力，最后使其彼此靠攏而聚集的過程。常用的化學絮凝劑主要有無機絮凝劑、高分子絮凝劑和生物絮凝劑。其中無機絮凝劑Fe3+、Mg2+、Al3+、Zn2+等由于電中和等作用，使微藻細胞表面的負電性減弱，從而使微藻絮凝。Papazi等通過研究鋁、鐵、鋅三種金屬鹽采收小球藻的絮凝效果時發現，鋁鹽的絮凝效果最好，但可能導致細胞溶解；鐵鹽次之，鋅鹽對細胞的損害最小，但微藻細胞容易粘在容器的邊緣。同時，金屬鹽還可以通過形成聚合體，以吸附、架橋等方式形成聚合體從而引發絮凝，除此以外，金屬鹽還可以通過形成沉淀物，以網捕卷掃的作用促進微藻的絮凝。高分子絮凝劑主要通過加入聚丙烯酰胺、殼聚糖、陽離子淀粉等，根據吸附架橋、吸附電中和、網捕卷掃等作用使多個細胞聚集橋接，形成較大的絮團，有利于后續脫水的處理，且具有非常好的采收效果和實用意義。
然而，無機絮凝劑會影響能源微藻的后續生產，而高分子絮凝劑的使用成本較高，難降解，容易產生污染，限制其大規模的應用。為避免污染，Benemann和Oswald提出采用微生物絮凝劑，但微生物絮凝劑成本高，且培養基的循環使用也受殘留微生物劑量的影響。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種利用低聚物絮凝微藻的方法。
本發明方法利用低聚物絮凝微藻，通過往待采收藻液中投加含氨基質子化基團的低聚物，利用低聚物帶質子化的氨基中和微藻表面的負電荷和低聚物的空間結構架橋微藻，消除微藻細胞間的相互排斥力，并使多個細胞聚集相互橋接，從而達到微藻絮凝、聚合沉降分離的目的。該方法操作簡單，分離效率高，更重要的是補充了低聚物絮凝微藻的空缺。
本發明另一目的在于提供上述利用低聚物絮凝微藻的方法在分離采收微藻中的應用。
本發明的目的通過下述方案實現：
一種利用低聚物絮凝微藻的方法，包括以下具體步驟：
向培養有微藻的培養液中加入低聚物，攪拌使微藻絮凝沉降，靜置分層后，分離上層清液，得到絮凝后的培養液和微藻。
所述的低聚物指氨基硅烷偶聯劑醇溶液水解得到的混合低聚物。
所述的氨基硅烷偶聯劑指氨丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。
所述氨基硅烷偶聯劑醇溶液中氨基硅烷偶聯劑的濃度優選為3～10v/v％。
所述氨基硅烷偶聯劑醇溶液中氨基硅烷偶聯劑的濃度更優選為3v/v％。
所述的氨基硅烷偶聯劑醇溶液優選以無色乙醇為溶劑。
所述的水解優選為在酸性溶液催化下進行。
所述酸性溶液優選為硫酸溶液，更優選為通過濃硫酸和水以體積比3:1混合得到的硫酸溶液。
所述酸性溶液作為催化劑，其用量為催化量即可，優選與氨基硅烷偶聯劑醇溶液的體積比為1:200～1:400，更優選為1:300。
所述的低聚物具體可由包括以下步驟方法得到：將氨基硅烷偶聯劑乙醇溶液在酸性溶液催化下水解，得到混合低聚物。
所述水解結束后可通過離心并醇洗，洗去酸液等，得到混合低聚物。
所述培養有微藻的培養液中微藻含量優選為0.5～6.5g·L-1。
所述微藻指能源微藻。
本發明方法通過絮凝沉降的方法達到微藻分離，微藻濃度過低不利于細胞團聚，微藻濃度越高越有利于提高絮凝采收效果。
本發明方法中，通過加入低聚物混合物，優選使用氨基硅烷偶聯劑水解得到的低聚體混合物，至體系中出現明顯團聚絮體即可分離。
上述低聚物絮凝微藻的方法在采收微藻中的應用。
本發明相對于現有技術，具有如下的優點及有益效果：
本發明通過往微藻培養液中加入低聚物，通過低聚物中的質子化氨基與微藻細胞表面由于羥基或硫酸根等集團而帶的負電荷發生作用，達到消除細胞間表面斥力的效果，打破微藻在培養液中的平衡狀態，同時，由于低聚物的空間位阻作用，使微藻細胞相互橋接而發生團聚沉降，從而達到絮凝采收的效果，采收效率可達90％以上。
附圖說明
圖1為實施例1的微藻絮凝分離前后細胞形態的光學顯微鏡圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
下列實施例中使用的試劑均可從商業渠道獲得。
實施例1：Scenedesmus sp的絮凝分離
(1)低聚物的制備
步驟一：取5mL蒸餾水于50mL的燒杯中，緩慢加入15mL的濃硫酸(分析純)，靜置冷卻至室溫，待用。
步驟二：取291mL無水乙醇于500mL的干凈燒杯中，然后加入9mL的三氨基三甲氧基硅烷，攪拌1min后即可。
步驟三：取步驟一中溶液1mL于步驟二溶液中，攪拌1min，靜置21.5h，離心，用無水乙醇沖洗三次，然后在真空干燥箱80℃下干燥12h，即得低聚物混合物。對其進行表征，結果如下：
29SiNMR(119MHz,D2O):δ-68.67,-58.94,-48.97；
1HNMR(300MHz,D2O,25℃):δ3.54(q,nH),δ2.91(t,6nH),δ1.69(d,6nH),δ1.07(t,1.5nH),δ0.62(t,6nH)；
13CNMR(75MHZ,D2O,25℃):δ57.42,41.71,20.62,16.79,8.67；
FTIR(KBr,cm-1):υ(Si-OH)3419.9(br),υ(Si-O-Si)1127.4(br),δas(NH3+)1603.7,δ(NH3+)1498.8。
由ESI-HRMS表征可知，其分子量不超過1000，并結合上述表征表明水解獲得低聚物混合物。
(2)微藻的分離
在光生物反應器中采用常規的BG-11培養液培養sp柵藻(Scenedesmus sp，購買于美國德克薩斯大學奧斯汀分校藻種保藏中心)。量取2L的BG-11培養液進行培養，微藻植入量調節為OD750≈0.6，在溫度為室溫下，平均光強為200μmol·m-2·s-1冷白的日光燈照24h，并連續通入含有1％CO2(v/v)的空氣。培養時間一周期為16天。
當培養液中Scenedesmus sp干重為6.46g/L，將制備好的低聚物混合物取20～80mg/L加入微藻培養液中，在轉速為300rpm下攪拌1min，靜置分層，倒出上層清液，即得到Scenedesmus sp。分離率按照以下公式計算：
分離率(％)＝(1-A)/B×100％
式中A為絮凝分離后上清液在OD750下測得的吸光度，B是分離前的培養液在OD750下測得的吸光度。通過以上公式計算靜置15min后的分離率為80.46～97.56％。
往分離后到出的培養液中加入BG-11培養液，即可循環用于培養微藻。
實施例2：細胞活性觀察
使用伊文思藍溶液染色法測定實例1中Scenedesmus sp的絮凝前后的細胞活性(見圖1)。具體操作如下：取實例1微藻絮凝后1mL微藻液，離心后去除上清液，然后往離心后的微藻加入100μL 1wt％伊文思藍溶液，并在室溫下培養3h。然后用蒸餾水洗滌兩遍去除過多以及已釋放的染料。接著把洗滌好的微藻用光學顯微鏡觀察并拍照。由于伊文思藍溶液會擴散進入到已破壞微藻的原生質中，使其染上顏色，所以已收到破壞而溶解的微藻會由綠色變成藍色，而完好的細胞則依然保持原有的綠色。
其中圖1中：絮凝前的微藻細胞(a)；溫度為121℃受熱后微藻細胞(b)；絮凝后微藻細胞(c)；
由圖1可知，與絮凝前相比，本發明方法絮凝后得到的微藻基本沒有受到損壞，細胞完整。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。