磁絮凝耦合交变磁场高效回收普通小球藻的创新工艺及其在废水处理中的应用

针对微藻采收过程中磁颗粒分离效率低、成本高的难题，研究人员开发了基于PAC(聚合氯化铝)、PAM(聚丙烯酰胺)和Fe3O4磁颗粒的复合磁絮凝技术，结合首创的交变磁场解离法，实现90%以上采收率且磁颗粒可循环使用5次以上。该研究为废水处理与生物质回收提供了高效可持续的解决方案。

　　

微藻作为"绿色细胞工厂"在碳中和与高附加值产物生产领域展现出巨大潜力，但微藻采收环节的高能耗与低效率成为产业化的主要瓶颈。传统磁絮凝技术虽能通过Fe₃O₄磁颗粒实现快速分离，但磁颗粒与藻细胞的解离效率不足导致回收成本居高不下。现有pH调节、超声等方法或效率有限（<60%），或可能损伤细胞，亟需开发新型解离技术。

针对这一挑战，来自LEPABE和ALiCE的研究团队在《Environmental Research》发表创新性研究，通过优化PAC-PAM-Fe₃O₄复合絮凝体系，并首创交变磁场解离技术，实现了普通小球藻的高效采收与磁颗粒循环利用。研究采用合成废水培养体系，通过zeta电位分析、FTIR光谱和台盼蓝染色等关键技术，系统评估了不同解离方法对采收效率、磁颗粒回收率及细胞完整性的影响。

3.1 磁絮凝采收优化
研究首先建立了pH 7-8的最佳操作窗口，确定1.25 mmol Al/L PAC、2 g/L Fe₃O₄和1 mg/L PAM为最优配比，2分钟快速搅拌（500 rpm）即可实现>90%采收率。值得注意的是，磁颗粒循环5次后效率仍保持稳定（84.97±2.42%），且无需化学再生处理，显著优于需甲醇/氯仿再生的现有技术。

3.2 藻-磁解离技术突破
研究团队创新性对比了三种解离方法：

• 超声法在pH 8条件下10分钟达到81±1%效率，但存在细胞损伤风险
• 强静磁场法在pH 12时效率提升至83±6%，但需20分钟处理
• 交变磁场法表现突出：pH 12、300 rpm条件下，仅1分钟即达90%效率，10分钟实现99.2±0.2%的解离效率，FTIR证实无磁颗粒残留，创下该领域最高纪录。

3.3 细胞完整性验证
台盼蓝染色显示交变磁场处理组仅少数细胞受损，FTIR光谱证实解离后藻细胞特征峰（3313 cm^-1 O-H键、1658 cm^-1 C=O键）保持完整，满足下游加工需求。

这项研究通过多学科技术融合，解决了磁絮凝技术产业化的关键瓶颈。交变磁场解离法的创新应用不仅将效率提升至近乎完全解离（>99%），其非化学介入特性更符合绿色化学原则。研究建立的"磁絮凝-交变解离"技术体系为微藻生物精炼提供了可放大的工艺模板，据估算可降低采收环节能耗30%以上。未来研究可拓展至不同藻种（如螺旋藻、栅藻）的采收验证，并开展全生命周期评估以推动工业化应用。该成果对发展可持续的废水-能源-高值产物联产模式具有重要指导意义。