本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體來說是一種利用菱形藻制備生物柴油的方法。
背景技術(shù)：
：隨著石化燃料的日益枯竭，石油價格持續(xù)大幅上漲，探尋可再生能源已成為解決人類生存和保持世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要,作為新型替代能源的生物柴油在世界各國發(fā)展迅速。生物柴油是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換或熱化學(xué)工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油的優(yōu)勢不僅限于可再生性，與現(xiàn)有柴油相比，還具有以下優(yōu)勢：十六烷值高，使得燃燒性能更好；較好的潤濕性能，使噴油泵、發(fā)動機(jī)缸體和連桿的磨損減少，延長使用壽命；生物柴油中硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低，降低環(huán)境污染；生物柴油閃點高，不屬于危險品，在運輸、儲存、使用方面等均有優(yōu)勢。目前，我國工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油主要是以菜籽油、棉籽油、烏桕油、文冠果油、茶油和地溝油等為原料。但這些原料的產(chǎn)量有限，生產(chǎn)的生物柴油只能滿足當(dāng)前車用燃料需求量的0.3％。而且大量用植物油脂生產(chǎn)生物柴油，勢必會造成土地資源的緊張和農(nóng)作物價格的上漲，特別在我國人多地少的情況下，這些問題尤為突出。在這種情況下，微藻生物柴油以其獨特的優(yōu)勢吸引了越來越多人的關(guān)注。微藻作為一種重要的生物柴油原料，與油料植物相比，具有分布廣、生物量高、光合效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短、油脂含量高、成本低和環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢。近年來，有關(guān)生物柴油制備的研究主要集中在木本油料和廢棄垃圾油等方面，從微藻中提取油脂用于制備生物柴油的研究報道很少。其中，以微藻為原料制備生物柴油一般包括以下工藝步驟：藻種篩選、規(guī)?；囵B(yǎng)、提取油脂、酯化反應(yīng)制備生物柴油粗產(chǎn)品、經(jīng)過精煉即可得到生物柴油。選擇油脂含量高的微藻種類是制備生物柴油的關(guān)鍵，同時培養(yǎng)基和環(huán)境因子對微藻的含脂量也有著重要的影響。因此，如何提高培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分和改變環(huán)境因子是提高藻類油脂產(chǎn)率的途徑之一。雖然提高微藻含脂量可為生物柴油打下良好的基礎(chǔ)，但是生物柴油的生產(chǎn)工藝對其產(chǎn)量影響至關(guān)重要?，F(xiàn)有生物柴油的生產(chǎn)工藝一般存在以下問題：催化效率低、生物柴油產(chǎn)量低、反應(yīng)時間長、腐蝕設(shè)備、工藝復(fù)雜、能耗較大、成本較高等不足。菱形藻(Nitzschiasp)，屬于硅藻門，菱形藻屬。菱形藻因細(xì)胞菱形而得名，由于分布廣，油脂含量高達(dá)40％，油脂成分中主要含有C18、C16碳鏈的脂肪酸甘油酯，與從植物油中提取的生物柴油組分相近，是一類具有開發(fā)潛力的生物能源材料。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對植物油脂產(chǎn)量有限和現(xiàn)有生物柴油制備方法存在的問題，提供一種利用菱形藻制備生物柴油的方法。本發(fā)明方法具有原料來源廣泛、催化效率高、耗能低、生物柴油產(chǎn)率高、制備工藝簡單等優(yōu)點，為生物柴油產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化打下了良好的基礎(chǔ)，能有效緩解能源危機(jī)問題。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種利用菱形藻制備生物柴油的方法，包括以下步驟:S1.菱形藻培養(yǎng)：以菱形藻為原料，再以350-450萬個細(xì)胞/mL的接種密度接種至培養(yǎng)基，用紅藍(lán)雙色LED補(bǔ)光燈照射14-16h/天,控制光照強(qiáng)度在2500-3000LX，培養(yǎng)溫度控制在24-26℃，培養(yǎng)6-7天，菱形藻的密度達(dá)到濃度達(dá)到8000萬個細(xì)胞/mL，收集菱形藻細(xì)胞；所述的培養(yǎng)基由以下組分組成：葡萄糖15-20mg/L、NaNO32.6-3.0mg/L、KH2PO41.6-2.0mg/L、殼聚糖0.7-1.1mg/L、沼液6-8mg/L、f2維生素2-4mL和海水1L；S2.油脂提?。簩⒉襟ES1收集菱形藻細(xì)胞濃縮干燥后，采用超聲波對菱形藻進(jìn)行破壁處理，得菱形藻粉，在菱形藻粉中加入與其質(zhì)量比為1:13-15的石油醚，混勻靜置4-8h，上層液即為油脂提取液，再將提取液在85-90℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應(yīng)：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質(zhì)量比為1:3-5:0.02-0.04的比例加入反應(yīng)器中，在溫度為40-45℃下，進(jìn)行酯化反應(yīng)70-80min，得到酯化產(chǎn)物；S4.靜置分離；將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為300-400r/min下離心8-12min，靜置分層，分離出上層甘油，下層為生物柴油粗品；S5.蒸餾提純：將生物柴油粗品加至蒸餾塔，在75-85℃下蒸餾除去多余甲醇，即可得到生物柴油。進(jìn)一步地，以上步驟S1所述的f2維生素的配制方法如下：0.5mg維生素B12、0.5mg維生素H、100mL維生素B1和純水1000mL。進(jìn)一步地，以上所述的紅藍(lán)雙色LED補(bǔ)光燈中的紅光與藍(lán)光配比為1:1-2，優(yōu)選配比為1：2。進(jìn)一步地，以上步驟S2所述采用超聲波對菱形藻進(jìn)行破壁處理，超聲功率為170-200W、超聲時間為30-35min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果：1、本發(fā)明以菱形藻為原料制備生物柴油，可有效緩解當(dāng)今的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，菱形藻具有分布廣、生物量高、光合效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短、油脂含量高、成本低和環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢，能夠解決生物柴油開發(fā)中的植物油脂原料不足、成本過高等問題。2、本發(fā)明在培養(yǎng)基中加入的殼聚糖和沼液，含有大量的微量元素、有機(jī)物等營養(yǎng)成分，可加快微藻生產(chǎn)速度和提高微藻的油脂產(chǎn)率。3、本發(fā)明方法通過采用紅藍(lán)雙色LED補(bǔ)光燈改變光照條件，不僅可以提高菱形藻的光合作用，加快菱形藻生產(chǎn)和提高產(chǎn)量，同時還可以提高菱形藻的油脂產(chǎn)率，與常用的白熾燈、熒光燈或單色LED燈相比，菱形藻的油脂產(chǎn)率提高5％左右。4、本發(fā)明方法采用超聲波破壁方法，超聲波能夠?qū)ξ⒃寮?xì)胞產(chǎn)生獨特的機(jī)械振動作用和空化作用，具有破壁率高、處理時間段、對環(huán)境無污染、耗能低等優(yōu)點，提高了油脂的提取率。5、本發(fā)明方法采用沸石分子篩作為催化劑，具備反應(yīng)界面大、表面積大、傳質(zhì)阻力小、反應(yīng)條件溫和、活性高、無污染、不腐蝕設(shè)備等特點，提高了催化效率，縮短了酯化反應(yīng)時間，催化效果顯著，提高生物柴油的產(chǎn)量。6、本發(fā)明方法具有制備工藝簡單、催化效率高、油脂提取率高、生物柴油產(chǎn)率高、產(chǎn)品純度高、原料來源廣泛、成本低、耗能低等優(yōu)點，具有很好的社會、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，為微藻生物柴油產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化打下了良好的基礎(chǔ)。具體實施方式下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不限于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例1菱形藻培養(yǎng)基的配制：葡萄糖15mg/L、NaNO33.0mg/L、KH2PO42.0mg/L、殼聚糖1.1mg/L、沼液8mg/L、f2維生素2mL和海水1L；一種利用菱形藻制備生物柴油的方法，包括以下步驟：S1.菱形藻培養(yǎng)：以菱形藻為原料，再以450萬個細(xì)胞/mL的接種密度接種至培養(yǎng)基，用紅藍(lán)雙色LED補(bǔ)光燈照射16h/天,LED補(bǔ)光燈中紅光與藍(lán)光配比為1:1，控制光照強(qiáng)度在2500LX，培養(yǎng)溫度控制在24℃，培養(yǎng)7天，菱形藻的密度達(dá)到濃度達(dá)到8000萬個細(xì)胞/mL，收集菱形藻細(xì)胞；S2.油脂提?。簩⒉襟ES1收集菱形藻細(xì)胞濃縮干燥后，采用超聲波對菱形藻進(jìn)行破壁處理，控制超聲功率為170W，超聲反應(yīng)35min，得菱形藻粉，在菱形藻粉中加入與其質(zhì)量比為1:13的石油醚，混勻靜置4h，上層液即為油脂提取液，再將提取液在85℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應(yīng)：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質(zhì)量比為1:3:0.04的比例加入反應(yīng)器中，在溫度為40℃下，進(jìn)行酯化反應(yīng)70min，得到酯化產(chǎn)物；S4.靜置分離；將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為300r/min下離心12min，靜置分層，分離出上層甘油，下層為生物柴油粗品；S5.蒸餾提純：將生物柴油粗品加至蒸餾塔，在75℃下蒸餾除去多余甲醇，即可得到生物柴油。實施例2菱形藻培養(yǎng)基的配制：葡萄糖17mg/L、NaNO32.8mg/L、KH2PO41.8mg/L、殼聚糖0.9mg/L、沼液6mg/L、f2維生素3mL和海水1L；一種利用菱形藻制備生物柴油的方法，包括以下步驟：S1.菱形藻培養(yǎng)：以菱形藻為原料，再以350萬個細(xì)胞/mL的接種密度接種至培養(yǎng)基，用紅藍(lán)雙色LED補(bǔ)光燈照射15h/天,LED補(bǔ)光燈中紅光與藍(lán)光配比為1:2，控制光照強(qiáng)度在2700LX，培養(yǎng)溫度控制在25℃，培養(yǎng)7天，菱形藻的密度達(dá)到濃度達(dá)到8000萬個細(xì)胞/mL，收集菱形藻細(xì)胞；S2.油脂提?。簩⒉襟ES1收集菱形藻細(xì)胞濃縮干燥后，采用超聲波對菱形藻進(jìn)行破壁處理，控制超聲功率為180W，超聲反應(yīng)33min，得菱形藻粉，在菱形藻粉中加入與其質(zhì)量比為1:14的石油醚，混勻靜置6h，上層液即為油脂提取液，再將提取液在90℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應(yīng)：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質(zhì)量比為1:4:0.03的比例加入反應(yīng)器中，在溫度為45℃下，進(jìn)行酯化反應(yīng)75min，得到酯化產(chǎn)物；S4.靜置分離；將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為350r/min下離心10min，靜置分層，分離出上層甘油，下層為生物柴油粗品；S5.蒸餾提純：將生物柴油粗品加至蒸餾塔，在80℃下蒸餾除去多余甲醇，即可得到生物柴油。實施例3菱形藻培養(yǎng)基的配制：葡萄糖20mg/L、NaNO32.6mg/L、KH2PO41.6mg/L、殼聚糖0.7mg/L、沼液7mg/L、f2維生素4mL和海水1L；一種利用菱形藻制備生物柴油的方法，包括以下步驟：S1.菱形藻培養(yǎng)：以菱形藻為原料，再以350萬個細(xì)胞/mL的接種密度接種至培養(yǎng)基，用紅藍(lán)雙色LED補(bǔ)光燈照射14h/天,LED補(bǔ)光燈中紅光與藍(lán)光配比為1:2，控制光照強(qiáng)度在3000LX，培養(yǎng)溫度控制在26℃，培養(yǎng)6天，菱形藻的密度達(dá)到濃度達(dá)到8000萬個細(xì)胞/mL，收集菱形藻細(xì)胞；S2.油脂提?。簩⒉襟ES1收集菱形藻細(xì)胞濃縮干燥后，采用超聲波對菱形藻進(jìn)行破壁處理，控制超聲功率為200W，超聲反應(yīng)32min，得菱形藻粉，在菱形藻粉中加入與其質(zhì)量比為1:15的石油醚，混勻靜置8h，上層液即為油脂提取液，再將提取液在90℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應(yīng)：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質(zhì)量比為1:5:0.02的比例加入反應(yīng)器中，在溫度為42℃下，進(jìn)行酯化反應(yīng)80min，得到酯化產(chǎn)物；S4.靜置分離；將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為400r/min下離心8min，靜置分層，分離出上層甘油，下層為生物柴油粗品；S5.蒸餾提純：將生物柴油粗品加至蒸餾塔，在85℃下蒸餾除去多余甲醇，即可得到生物柴油。利用油脂提取稱重法對以上實施例采集到的菱形藻進(jìn)行油脂含量測定，結(jié)果如表1所示。其中油脂總含量＝(微藻油脂/菱形藻粉)×100％。表1.菱形藻油脂含量油脂總含量(％)實施例144實施例247實施例345以上實施例制備的生物柴油按照GB/T20828-2007(柴油機(jī)燃料調(diào)合用生物柴油)標(biāo)準(zhǔn)檢測產(chǎn)品的性能，檢測結(jié)果如表2所示。表2.本實施例的生物柴油的產(chǎn)品性能密度(g/cm3)粘度(40℃mm2/s)酸值(mgKOH/g)閃點(℃)十六烷值實施例10.863.460.5213468實施例20.843.250.4613666實施例30.853.130.4513369標(biāo)準(zhǔn)值0.82-0.91.9-6.0≤0.8≥130℃＞49從上表可以看出，本發(fā)明制備的生物柴油的各項指標(biāo)均高于柴油機(jī)燃料調(diào)合用生物柴油的標(biāo)準(zhǔn)，市場前景良好。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的/優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實施例做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3