抗污光生物反应器表面的低成本构建方法及作用机制

Microalgaes are prune to attach to the surface of photobioreactor during the production of microalgae by photobioreactor, which decreases the utilization of solar energy and service life. Zwitterionic substances have been found to be a promising alternative nonfouling material, in order to push the zwitterionic materials modified membranes to practical applications, it is imperative to simplify the modification steps, reduce the preparation cost and realize largescale industrial use. Therefore, in this subject, A series of waterborne fluorinate or silicon modified acrylate- zwitterionic (WFPUA) copolymer latexes with good cohesiveness for polyolefin films will be synthesized by emulsion copolymerization using betaine zwitterionic momomer as a functional monomer. The influence of the types and amount of monomer, polymerization method on the properties of the copolymer latexes will be discussed. The influence of the copolymer structure on the structure, morphologies and microalgae adhesion properties of surface coating will also be investigated. The project will provide a new approach for improving the antifouling ability of photobioreactors for microalgae cultivation.

光生物反应器表面的生物附着问题是限制微藻实现大规模培养的重要因素之一。针对这一问题，从实际应用角度出发，本项目组提出通过分子设计合成一系列新型有机氟或硅改性丙烯酸酯-磺基甜菜碱共聚物乳液作为抗污涂层材料，通过对其单体组成和比例进行调节获得具有不同亲疏水特性的共聚物乳液，利用表面涂覆技术，探索抗生物附着光生物反应器薄膜表面的低成本构建方法及其作用机制。通过研究共聚物乳液在光生物反应器薄膜表面涂层的涂覆性能、结构及其在微藻培养环境中的稳定性和抗微藻附着性能，阐明光生物反应器材料-涂层材料-涂层结构-微藻附着性能之间的关系，确定膜表面润湿性、基团组成和自由能与光生物反应器薄膜微藻附着性能之间的关系，实现光生物反应器在微藻培养过程中的低污染、自清洁及长寿命，为抗污染光生物反应器的开发提供理论基础和技术指导。

光生物反应器表面的生物附着问题是限制微藻实现大规模培养的重要因素之一，构建抗污表面是解决光生物反应器生物附着问题的重要途径。本项目首先研究了六种薄膜材料在微藻培养环境中的稳定性和微藻附着性能，明确了其在微藻培养环境中应用前景，建立了光生物反应器材料的筛选方法。在此基础上，合成了一系列不同亲疏水特性的两亲性两性离子共聚物涂层材料，利用表面涂覆方法构建了抗污功能光生物反应器表面。该表面具有优异的抑制蛋白吸附和微藻附着性能，与未改性表面相比，蛋白吸附和微藻附着量分别下降92.1%和50%，进一步阐明了其在微藻培养环境中的结构、性能变化和抗污机制。为进一步提高抗污表面的长期稳定性，合成了一系列不同相对分子质量的光反应性甲基丙烯酸三氟乙酯聚合物，利用表面涂覆和光接枝方法，短时间内即可接枝到光生物反应器表面，大幅提高了抗污涂层的长期稳定性。本项目建立了一种抗污光生物反应器表面的低成本、大面积制备方法，为实现抗污功能光生物反应器的工业化应用提供了理论基础和技术支撑。

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