阳离子聚合物包覆Fe 3 O 4 收集普通小球藻的性能与机制研究

发布时间：2024-03-30 23:28

　　产油微藻作为一种可再生的生物质能源,近年来备受关注。由于产油微藻的生长特性,其采收环节成为限制微藻能源高效利用的主要因素。在传统微藻收集方法的基础上,磁絮凝分离技术作为一种新兴的微藻收集方法,它以快速、高效的优点而在近年来受到广泛关注。本文基于磁絮凝分离技术,分别采用三种阳离子聚合物:聚合氯化铝(PAC1)、胺甲基化改性植物多酚(APP)、季铵盐化改性植物多酚(QPP)对Fe3O4功能化包覆,制备得到了 Fe3O4/PACl、Fe304/APP、Fe304/QPP三种磁性复合材料。研究了磁性复合材料的理化性质及收集普通小球藻的性能。采用DLVO理论及酸碱作用(AB)修正的E-DLVO理论模型,研究磁性复合材料与藻细胞之间相互作用机制;采用磁力修正的M-DLVO理论模型,研究收集后磁-藻絮体之间相互作用机制。本论文主要得到以下研究结果:PACl对Fe3O4功能化包覆后,得到Fe304/PACl磁性复合材料,等电点为13.1。Fe3O4和 PAC1 以 Fe3O4/PACl 的投加策略投加,且浓度为((10.0 g/L)/(0.625 mmol Al/L))时,能够实现96%的微藻收集。碱...

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 产油微藻收集方法
        1.2.1 重力沉降
        1.2.2 离心
        1.2.3 过滤
        1.2.4 气浮
        1.2.5 超声波技术
        1.2.6 絮凝
    1.3 磁絮凝分离技术
        1.3.1 磁性材料的使用
        1.3.2 Fe₃O₄包覆常用的阳离子聚合物
        1.3.3 Fe₃O₄包覆材料的应用
    1.4 藻细胞分离及Fe₃O₄再生
        1.4.1 常用的再生方式
        1.4.2 再生后Fe₃O₄的性能
    1.5 Fe₃O₄功能化包覆及收集微藻研究现状
    1.6 研究目的和研究内容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究内容
        1.6.3 技术路线
2 实验材料和方法
    2.1 实验材料与试剂
    2.2 实验仪器与设备
    2.3 藻种培养
    2.4 磁性复合材料包覆制备
        2.4.1 PACl和PAM包覆Fe₃O4

        2.4.2 APP包覆Fe₃O₄

        2.4.3 QPP包覆Fe₃O₄

    2.5 磁性复合材料理化性质表征
        2.5.1 SEM形貌与EDS能谱分析
        2.5.2 粒度分布
        2.5.3 红外谱图分析
        2.5.4 X射线光电子能谱谱图分析
        2.5.5 X射线衍射谱图分析
        2.5.6 热重分析
        2.5.7 磁滞回线表征
    2.6 收集普通小球藻过程
    2.7 收集普通小球藻影响因素
    2.8 Fe₃O₄再生
    2.9 其他分析测试
        2.9.1 藻细胞计数方法
        2.9.2 Zeta电位测定方法
        2.9.3 接触角测定
        2.9.4 藻样品扫描电子显微镜观察
        2.9.5 数据统计分析
3 PACl和PAM包覆Fe₃O₄收集普通小球藻性能与机制分析
    3.1 Fe₃O₄/PACl/PAM磁性复合材料理化性质分析
        3.1.1 Fe₃O₄晶型构象分析
        3.1.2 Fe₃O₄表面形貌及元素组成分析
        3.1.3 Fe₃O₄/PACl/PAM表面官能团分析
        3.1.4 Fe₃O₄/PACl/PAM表面电荷分析
    3.2 Fe₃O₄/PACl收集普通小球藻性能
        3.2.1 PACl和Fe₃O₄包覆比例研究
        3.2.2 Fe₃O₄/PACl/PAM包覆策略研究
        3.2.3 藻液pH值对普通小球藻收集效果的影响
        3.2.4 胞外分泌物对普通小球藻收集效果的影响
        3.2.5 收集后上清液对普通小球藻再培养
    3.3 Fe₃O₄/PACl+PAM收集普通小球藻机理分析
    3.4 小结
4 APP包覆Fe₃O₄收集普通小球藻性能与机制分析
    4.1 Fe₃O₄/APP磁性复合材料理化性质分析
        4.1.1 Fe₃O₄/APP表面官能团分析分析
        4.1.2 Fe₃O₄/APP表面化学价键分析
        4.1.3 Fe₃O₄/APP表面电荷分析
        4.1.4 Fe₃O₄/APP热稳定性分析
        4.1.5 Fe₃O₄/APP磁特性分析
    4.2 Fe₃O₄/APP磁性复合材料收集普通小球藻性能
        4.2.1 APP和Fe₃O₄包覆策略
        4.2.2 APP和Fe₃O₄包覆比例
        4.2.3 Fe₃O₄/APP收集普通小球藻影响因素
    4.3 Fe₃O₄再生及重包覆再使用
        4.3.1 Fe₃O₄再生
        4.3.2 APP与Fe₃O₄重包覆
        4.3.3 Fe₃O₄/APP重包覆后再使用
    4.4 Fe₃O₄/APP收集普通小球藻机理分析
    4.5 小结
5 QPP包覆Fe₃O₄收集普通小球藻性能与机制分析
    5.1 Fe₃O₄/QPP磁性复合材料理化性质分析
        5.1.1 Fe₃O₄/QPP表面官能团分析
        5.1.2 Fe₃O₄/QPP表面化学价键分析
        5.1.3 Fe₃O₄/QPP表面电荷分析
        5.1.4 Fe₃O₄/QPP热稳定性分析
        5.1.5 Fe₃O₄/QPP磁特性分析
    5.2 Fe₃O₄/QPP磁性复合材料收集普通小球藻性能
        5.2.1 Fe₃O₄/QPP投加量对普通小球藻收集效果影响
        5.2.2 藻液pH值对普通小球藻收集效果影响
        5.2.3 胞外分泌物对普通小球藻收集效果影响
        5.2.4 藻细胞密度对普通小球藻收集效果影响
    5.3 Fe₃O₄再生及重包覆再利用
        5.3.1 Fe₃O₄再生
        5.3.2 QPP与Fe₃O₄重包覆
        5.3.3 重包覆后再使用
        5.3.4 上清液对普通小球藻再培养
    5.4 Fe₃O₄/QPP收集普通小球藻机理分析
    5.5 小结
6 磁性复合材料与普通小球藻相互作用机制研究
    6.1 概述
    6.2 磁性复合材料与普通小球藻DLVO相互作用计算
        6.2.1 DLVO理论模型
        6.2.2 颗粒间DLVO相互作用计算
        6.2.3 Fe₃O₄/APP与普通小球藻之间DLVO相互作用计算
        6.2.4 Fe₃O₄/QPP与普通小球藻之间DLVO相互作用计算
    6.3 磁性复合材料与普通小球藻E-DLVO相互作用计算
        6.3.1 E-DLVO理论模型
        6.3.2 颗粒间E-DLVO相互作用计算
        6.3.3 磁性复合材料与普通小球藻之间E-DLVO相互作用计算
    6.4 磁-藻絮体之间M-DLVO相互作用计算
        6.4.1 M-DLVO理论模型
        6.4.2 磁-藻絮体之间M-DLVO相互作用计算
    6.5 小结
7 结论与建议
    7.1 结论
    7.2 研究创新点
    7.3 建议
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢



本文编号：3943102