基于瓜尔胶浮珠的可持续微藻采收策略：阳离子纤维素纳米纤维协同浮选机制及环境效益评估

本研究针对微藻采收过程中高能耗、化学污染等瓶颈问题，开发了以阳离子纤维素纳米纤维(CCNF)为絮凝剂、交联瓜尔胶乳液(GGE)为浮珠的植物基浮选新策略。通过响应面法优化使Chlorella vulgaris采收效率达96.36%，碳足迹仅0.664 kg CO2 eq，成本$2.44，为生物燃料规模化生产提供绿色解决方案。

　　

随着全球能源需求激增与环境问题加剧，开发可再生能源成为迫切需求。微藻因其生长快、固碳强、富含油脂等特性，被视为第三代生物燃料的理想原料。然而微藻细胞微小（3.0-50.0 μm）、培养浓度低（0.5-5.0 g/L），传统采收方法如离心、过滤等存在能耗高、化学污染风险，其中采收成本占微藻生物柴油总成本的20-30%，成为产业化瓶颈。

安徽理工大学的研究人员在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，创新性地采用植物源材料——阳离子纤维素纳米纤维(CCNF)作为生物絮凝剂，配合交联瓜尔胶乳液(GGE)浮珠，建立可持续微藻采收体系。通过单因素实验和响应面法优化参数，结合Zeta电位、XDLVO理论、FTIR等技术阐明机制，并系统评估环境与经济性指标。

关键技术包括：（1）采用BG-11培养基培养Chlorella vulgaris（FACHB-8）至稳定期；（2）通过乳化-交联法制备GGE浮珠；（3）利用响应面法优化CCNF/GGE协同作用参数；（4）通过Zeta电位、接触角、SEM等表征相互作用机制；（5）基于碳足迹模型进行全生命周期评估。

单因素实验分析显示，当GGE添加量5.94 mL/L、CCNF用量7.02 mL/L、搅拌速度700 r/min、时间3分钟时，采收效率达96.36%，富集比2.01%。机制解析表明CCNF通过电中和作用破坏微藻悬浮稳定性，GGE则作为粘结剂促进絮体上浮，FTIR证实其间存在氢键与静电相互作用。环境评估显示该体系碳足迹较传统方法降低62%，且上清液有害物质残留可忽略。

该研究首次将植物基材料CCNF与GGE协同应用于微藻采收，突破传统铝盐絮凝剂的二次污染限制。其重要意义在于：（1）开发出效率>96%的绿色采收技术；（2）通过XDLVO理论阐明生物絮凝-浮选协同机制；（3）证实该技术每公斤生物质仅排放0.664 kg CO₂当量，成本$2.44，具备产业化潜力。通讯作者Wen Hao团队指出，该策略为微藻生物燃料规模化生产提供了兼具高效性、经济性与环境友好性的解决方案，对推动碳中和目标下的可再生能源发展具有示范价值。