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布朗葡萄藻培养过程强化及磁性强化采收; Cultivation Process Intensification and Magnetic Intensified Harvesting of Botryococcus braunii Cells
王仕楷
学位类型博士
导师刘春朝
2015-05
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业生物化工
关键词布朗葡萄藻 光强 超声强化 袋式光反应器 磁性分离
摘要布朗葡萄藻是一种优良的能源微藻,与其他能源微藻相比,它具有较高的CO2固定效率和烃含量,且烃类物质的提取和炼制比较容易。然而,布朗葡萄藻生长速率缓慢使得其生产成本较高,导致布朗葡萄藻的规模化生产受到限制。针对上述问题,本论文深入研究了布朗葡萄藻培养过程中的光衰减规律以及光对布朗葡萄藻生长及产烃的影响,在户外规模化培养的过程中,研究了超声强化策略在布朗葡萄藻规模化培养中的应用,同时制备了具有高效微藻采收性能的磁性絮凝剂,结合磁性分离设备,实现了微藻细胞的连续化原位采收。取得的主要结果如下: 在布朗葡萄藻的培养过程中,存在光衰减作用,且光程越长,衰减越剧烈。在小于0.75 g/L的生物量范围内,Beer-Lambert模型可以较好的描述布朗葡萄藻培养液中的光衰减规律,而双曲线模型在较宽的生物量范围内对培养过程的光衰减规律均有较好的拟合效果。入射光强和光程对布朗葡萄藻的生长和产烃均具有显著影响,光程越长,布朗葡萄藻生长和产烃所需的最适入射光强越高。 适度的超声刺激对布朗葡萄藻的生长具有显著的促进,在间隔4天超声一次,每次超声处理5 min的优化条件下,细胞的比生长速率和生物量产率分别由0.077 day-1和38 mg/L/day提高到0.089 day-1和43 mg/L/day,倍增时间由9.0天缩短至7.8天。超声可以显著提高布朗葡萄藻的细胞膜透性,增强传质;同时,超声可以促进细胞内源IAA的合成,从而促进细胞的生长。在户外200 L袋式反应器中,采用超声强化策略使得布朗葡萄藻的比生长速率和生物量产率分别提高了11.39% 和 22.36%,而烃产率达到17.63 mg/L/day,比非超声培养下提高了21.75%。 制备了具有超顺磁性的阳离子聚丙烯酰胺-四氧化三铁(CPAM- Fe3O4) 磁性絮凝剂。在25 mg/L磁性絮凝剂的用量下,10 min内布朗葡萄藻的回收率可达到95%以上。磁性絮凝剂和布朗葡萄藻细胞的吸附为多分子层不均匀吸附,吸附过程更符合Freundlich模型;吸附过程是磁性絮凝剂与微藻细胞静电吸附和吸附桥架作用共同作用的结果。在CPAM-Fe3O4磁性絮凝剂的基础上,应用磁性分离装置建立了布朗葡萄藻户外原位采收体系,在120 mg/L的絮凝剂用量及100 mL/min的流速下,细胞的回收率可达90%以上,在长时间的运行下仍可维持高效稳定的回收效果。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20316
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
王仕楷. 布朗葡萄藻培养过程强化及磁性强化采收, Cultivation Process Intensification and Magnetic Intensified Harvesting of Botryococcus braunii Cells[D]. 中国科学院研究生院,2015.
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