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为解决微藻制燃料副产物中增值化合物回收问题，研究人员开展热压缩水（HCW）处理联合膜分离从低脂质小球藻残渣回收浓缩糖溶液的研究。发现 HCW 处理结合超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）可分离浓缩糖类，为微藻残渣高效利用提供新路径。
在全球能源转型的浪潮中，微藻作为一种极具潜力的生物质资源，因其可高效生产生物燃料且具备碳中性特性，正吸引着越来越多的关注。然而，微藻制油过程中产生的大量脂质提取后残渣（主要含碳水化合物和蛋白质），却长期面临着资源浪费与高值化利用不足的难题。传统处理方式不仅未能充分挖掘其价值，还可能带来环境负担。如何高效回收残渣中的增值化合物，成为微藻产业可持续发展的关键瓶颈。
为突破这一困境，日本研究人员针对低脂质小球藻（Chlorella vulgaris）残渣开展了深入研究，相关成果发表在《Biomass and Bioenergy》。该研究旨在开发一种热压缩水（Hot Compressed Water, HCW）处理与膜分离技术联用的新方法，实现残渣中糖类物质的高效分离与浓缩，为微藻产业链的闭环构建提供技术支撑。
研究采用的核心技术方法包括：
- 热压缩水（HCW）处理：利用 200℃、30 分钟的 HCW 处理，使微藻残渣中的糖类物质溶出，形成含多糖（分子量～1000–20000）和低分子量单糖的混合溶液。
- 多级膜分离：依次通过超滤（Ultrafiltration, UF，MWCO=1000）截留多糖，纳滤（Nanofiltration, NF）回收低分子量单糖，反渗透（Reverse Osmosis, RO）净化水资源，实现糖类分级分离与溶液浓缩。
3.1 微藻的 HCW 处理
通过改变微藻与水的比例（1.2–6.0 g:60 g），发现随着微藻量增加，溶液中糖浓度升高，但糖回收率降低。这可能与高浓度体系中传质受限影响糖类释放与分解有关。200℃、30 分钟的处理条件下，成功获得含不同分子量糖类的混合溶液，为后续膜分离提供原料。
3.2 HCW 处理所得含糖溶液的膜分离
UF 膜（MWCO=1000）有效截留分子量 1000–20000 的多糖，而 NF 膜（NF (B)）进一步截留 UF 渗透液中的低分子量单糖。结果显示，UF 和 NF 浓缩液中糖浓度均高于原料液，证明该工艺可实现糖类浓缩回收。RO 渗透液 TOC 浓度仅为原料液的 0.31%，水质接近可回用标准。研究还发现，膜材料的疏水性（如 UF 膜为氟树脂）和亲水性（如 NF 膜为聚酰胺）会影响分离效果，除分子量截留外，分子与膜的相互作用也是关键因素。
3.3 操作压力对膜分离的影响
UF 压力提升至 0.6 MPa 以上时，截留率显著提高，但过高压力（0.8 MPa）可能因凝胶层形成导致通量下降。NF (B) 压力从 1 MPa 增至 2 MPa 时，截留率从 0.816 提升至 0.885，继续升压至 3 MPa 无明显变化。综合分离效率与时间，UF 压力≥0.6 MPa、NF (B) 压力≥2 MPa 为较优条件。膜污染实验表明，NaOH 溶液可有效清洗膜表面污染物，恢复通量。
3.4 HCW 处理中微藻初始量对膜分离过程的影响
尽管高微藻量（6.0 g:60 g）导致 HCW 处理液糖浓度升高、回收率降低，但膜分离阶段的糖类截留率未受显著影响。高浓度溶液虽初期通量较低，但因凝胶层形成减少了孔道堵塞，整体分离时间更短，表明高负荷 HCW 处理在全流程中更具效率优势。
3.5 第一步使用不同膜的膜分离工艺
尝试以 NF (A) 膜（MWCO=600–800）替代 UF 膜，发现其因亲水性聚酰胺材质，不仅截留高分子量多糖，还保留部分低分子量单糖，证实膜材料化学性质对分离选择性的关键作用。选择兼具合适分子量截留与表面特性的膜材料，可进一步优化分级分离效果。
研究结论与意义
该研究首次将 HCW 处理与 UF/NF/RO 多级膜分离联用，成功从微藻残渣中回收浓缩多糖和单糖溶液，同时实现水资源循环利用。结果表明，膜分离过程中分子与膜的疏水 / 亲水相互作用、操作压力（UF≥0.6 MPa，NF≥2 MPa）及 HCW 处理负荷（高微藻量更高效）是影响工艺性能的关键因素。该技术为微藻残渣的高值化利用提供了一条低能耗、高选择性的新路径，有望推动微藻生物炼制从 “单一产油” 向 “全组分利用” 升级，对构建可持续的生物质经济体系具有重要意义。未来研究需进一步扩大实验规模，开展能耗与成本分析，为工业化应用奠定基础。
