【摘要】：能源是社會發(fā)展和經(jīng)濟增長的基本驅(qū)動力,在經(jīng)濟發(fā)展中起重要作用,而煤炭、天然氣、化石燃料等不可再生能源使社會資源供給和生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力。因此,尋求可再生的清潔能源來解決能源緊張并緩解氣候變化、能源安全問題變得尤為重要。微藻生物能源具有固碳、自凈和有效利用土地等環(huán)境效益,是替代不可再生能源的理想能源。目前,工業(yè)化微藻培養(yǎng)采用傳統(tǒng)的液體懸浮式培養(yǎng),主要包括跑道開放式培養(yǎng)池和柱式密閉光生物反應(yīng)器(Closed Photobioreactor,PBR),其共同特點是耗水量巨大,占整個液體培養(yǎng)體系的90%以上。開放式培養(yǎng)中微藻生長緩慢、易被雜藻污染、培養(yǎng)池占地面積大,而PBR培養(yǎng)雖解決了開放式培養(yǎng)池的不足,也能顯著提高微藻培養(yǎng)密度,但造價昂貴、運行成本高,無法實現(xiàn)低成本、大規(guī)模培養(yǎng)的目標。因此,半干貼壁培養(yǎng)在生物膜基礎(chǔ)上應(yīng)運而生,其培養(yǎng)效率、營養(yǎng)鹽消耗、需水量等方面均優(yōu)于同等環(huán)境條件下的液體懸浮培養(yǎng)。本文以解決半干貼壁培養(yǎng)方法的核心問題——貼壁材料的合成為目標,運用傅里葉紅外(FT-IR)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、Zeta電位等表征手段,依據(jù)體系的性狀、膜性能以及貼壁材料在培養(yǎng)液中實際情況等方面對不同的體系制備的膜展開研究,為尋求和制備具有潛質(zhì)的貼壁材料提供新思路和新方法。研究內(nèi)容和得出的結(jié)論如下:(1)通過對玉米淀粉凝膠、玉米淀粉-丙烯酸酯凝膠和陽離子丙烯酸酯乳液體系研究發(fā)現(xiàn):以丙烯酸正丁酯(BA)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)/丙烯酸銨(AM)/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)為共聚單體合成的一種新型陽離子丙烯酸酯乳液體系與具有可降解性和可溶性的玉米淀粉凝膠相比,前者更適合制備用作微藻培養(yǎng)的貼壁材料,用于培養(yǎng)產(chǎn)油藻和淡水螺旋藻等帶負電的微藻。(2)采用單因素變量法,對陽離子丙烯酸酯乳液合成的工藝條件優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn):以BA為軟單體,MMA為硬單體,AM為交聯(lián)性功能單體,DMC為陽離子單體組成共聚單體,采用半連續(xù)預(yù)乳化乳液聚合工藝,能夠得到一種穩(wěn)定的新型陽離子丙烯酸酯乳液。在400r/min攪拌速率和75℃恒溫條件下,當BA:MMA質(zhì)量比為30:70,引發(fā)劑為單體質(zhì)量1%,非離子乳化劑OP-10為丙烯酸酯類單體質(zhì)量4.5%,溶劑水為體系總質(zhì)量70%時,反應(yīng)4h制備得到的陽離子丙烯酸酯乳液和膜材料的綜合性能最佳。該乳液乳膠粒子直徑為150-200nm,具備核殼結(jié)構(gòu)。(3)微藻在陽離子丙烯酸酯膜上的生物量隨培養(yǎng)時間的增加而增多,其生長速率先增大后減小,在第9天時膜材料上吸附生長的微藻已能夠完全覆蓋膜表面,微藻生物量達到1.364mg/cm~2,之后微藻生長速率逐漸減慢。(4)微藻更易在表面粗糙度大且正電荷密度大的膜材料表面吸附生長,其生物量隨膜表面粗糙度和表面電荷密度的增大而增加。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

本論文研究內(nèi)容流程圖

AIBI solutionBA,MMA,AM,DMC,OP-10,waterMagneton圖 2-3 陽離子丙烯酸酯乳液體系合成裝置Fig. 2-3 The synthesis device of cationic acrylate emulsion.2.2 微藻培養(yǎng)裝置本論文采用自制的盛裝培養(yǎng)液的方形容器裝置進行微藻培養(yǎng)。該裝置底部放兩排帶卡槽的小盒子，卡槽寬度大小與自制玻璃片厚度一致，能夠?qū)⑼扛材z乳液體系膜的自制玻璃片豎直立在微藻培養(yǎng)液中，且在盒子底部固定通氣裝，保證微藻培養(yǎng)過程中有足夠的碳源，如圖 2-4 所示。同時，在方形容器上方予合適強度的光照，幾何示意圖如圖 2-5 所示。

圖 2-5 微藻培養(yǎng)裝置幾何示意圖Fig. 2-5 Geometric diagram of microalgae culture device設(shè)計微藻培養(yǎng)裝置的目的是排除培養(yǎng)液中的微藻因自身重力壁材料表面，且二氧化碳氣體從底部固定位置通入，可以確保源，還能避免藻液沉降或堆積，能夠在一定程度上消除微藻因藻在膜上的吸附生長及其生物量的測定造成的干擾。同時，將系膜的自制玻璃片豎直立于微藻培養(yǎng)液中可以間接測試膜與，作為評判貼壁材料的標準之一。方法及性能檢測方法聚物結(jié)構(gòu)紅外（FT-IR）分析

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本文編號：2798412