一種微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]石油資源的日益減少導(dǎo)致能源緊張和石油價格的飆升，使人們越來越關(guān)注尋找其替代品。生物柴油不僅燃燒性能與石油柴油相當(dāng)，且具有環(huán)境友好，資源可再生的優(yōu)點，是替代石油柴油的理想燃料，近年來備受關(guān)注。
[0003]目前，國外主要以菜籽油、大豆油為原料，采用強酸或強堿催化劑催化制備生物柴油。但聯(lián)合國官方調(diào)查宣稱美國和歐洲采用大量的糧食作物來生產(chǎn)生物燃料是導(dǎo)致全球糧食危機的重要原因，因此，積極尋找新的生物質(zhì)原料，以緩解目前的糧食和能源危機已成為世界各國高度關(guān)注的問題。在眾多的生物質(zhì)中，藻類具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強、生長周期短、生物產(chǎn)量高的特點，因此藻類是制備生物質(zhì)能源的良好材料。
[0004]傳統(tǒng)微藻生物柴油生產(chǎn)過程主要分為兩個步驟:首先是采用有機溶劑從微藻原料中提取出油脂；然后，再將油脂送至反應(yīng)容器中，通過強酸或強堿進行酯化反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]但傳統(tǒng)工藝利用微藻制備生物柴油也存在亟待解決的問題:
[0006]首先，由于大部分含油微藻細胞壁較厚，常規(guī)有機溶劑萃取時，細胞內(nèi)的油脂難以滲出細胞壁，溶劑萃取油脂耗時長，而且需要耗用大量有機萃取劑，加大了分離的難度，且萃取效率低；另外用有機溶劑萃取后的微藻，需蒸餾出有機溶劑才能得到油脂。
[0007]其次，傳統(tǒng)工藝采用強酸或強堿制備生物柴油存在著醇消耗量大，產(chǎn)物難回收，環(huán)境污染大等缺點。利用酶法制備生物柴油，往往要在有機溶劑反應(yīng)介質(zhì)中進行，強極性的有機溶劑會奪取酶表面微環(huán)境中的必需水，嚴重影響酶反應(yīng)活性，降低酶的使用壽命。
[0008]針對上述待解決的技術(shù)問題，如若能將微藻油脂萃取與酯交換反應(yīng)兩部分耦合成一個單元，縮短工藝路線，并找到能夠有效提高微藻油脂提取率和轉(zhuǎn)化效率的反應(yīng)體系，提高酯化合成量，對微藻生物柴油工業(yè)化制備，具有一定意義。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法。
[0010]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0011]一種微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法，該方法包括以下步驟:
[0012]a、將干燥的微藻除雜、粉碎、研磨后，過200?300目篩，取篩下物，加入離子液體組合物，裝入萃取-反應(yīng)釜中，混勻，然后加入甲醇，在超聲輔助的條件下，60?110°C反應(yīng)I?5小時；所述離子液體組合物，由組分A和組分B混合組成，其中組分A質(zhì)量分數(shù)為90%?98%，組分A選自1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMM]Cl)或1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽([AMM] Cl)，組分B選自1-丁基-3-甲基嗎啉鹽[Hnmm]Im或1-已基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([HMnQHSO4);所述微藻篩下物與復(fù)合離子液體組合物的質(zhì)量比為1:10?1:40 ;所述甲醇與微藻油脂的摩爾比為6:1 ;
[0013]b、反應(yīng)完全后的物料，室溫下靜置冷卻1-1.5小時經(jīng)過濾去除微藻殘渣后，濾液靜止分層；上層溶液進行減壓蒸餾得粗生物柴油。
[0014]所述的微藻選自小球藻或柵藻。
[0015]步驟a所述超聲，超聲波功率為240W。
[0016]步驟b靜止分層后得到的下層溶液經(jīng)蒸餾除去甲醇和甘油，回收離子液體，所述離子液體可循環(huán)使用。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018](I)本申請最大的特點是整個反應(yīng)“一步完成”，也就是說，本申請專利以微澡粉為原料，微藻油脂的提取和微藻油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油同時進行，本方法將油脂的提取與油脂的酯化或轉(zhuǎn)酯化工藝合二為一，避免了油脂的提取精煉，工藝步驟大大簡化。
[0019](2)本申請的離子液體組合物不僅僅是用來催化微藻油脂生產(chǎn)生物柴油的，它還具有提取“微藻油脂”的作用，本申請的超聲波不僅僅是用來輔助催化微藻油脂生產(chǎn)生物柴油的，它還具有輔助提取“微藻油脂”的作用，這樣就實現(xiàn)了微藻油脂的提取，同時提取出來的微藻油脂直接轉(zhuǎn)化為生物柴油。
[0020]總之，本發(fā)明提供了一種超聲波結(jié)合復(fù)合離子液體組合物提取微藻油脂并催化制備生物柴油的新方法。該方法利用離子液體對微藻細胞壁較強的溶解性和對微藻油脂較高的催化活性，結(jié)合超聲波對微藻細胞膜增透破碎作用和超聲振動作用加速離子液體及藻粉運動，增加離子液體及藻粉相互碰撞接觸機會，從而提高微藻油脂提取率和油脂轉(zhuǎn)化率。該方法將將離子液體溶解萃取性能、催化性能及超聲波的空化效應(yīng)等優(yōu)勢特點相結(jié)合；將油脂的提取與油脂的酯化或轉(zhuǎn)酯化工藝合二為一，設(shè)計巧妙，操作簡單方便，避免了油脂的提取精煉，工藝步驟大大簡化，能快速制備生物柴油，從而大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為工業(yè)化規(guī)?；a(chǎn)生物柴油提供了一個新方法。
【附圖說明】
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[0021]圖1是本發(fā)明工藝流程不意圖。
【具體實施方式】
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[0022]以下是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0023]實施例1:
[0024]將干燥柵藻除雜，粉碎、研磨后過200目篩；取5克篩下物，加入50克離子液體組合物(所述離子液體組合物，由組分A和組分B混合組成，其中組分A質(zhì)量分數(shù)為90%，組分A為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMM] Cl)，組分B為1-丁基-3-甲基嗎啉鹽[Hnmm] Im)在萃取-反應(yīng)釜中混合均勻，然后加入甲醇(甲醇與微藻油脂的摩爾比為6:1)，在超聲波合成萃取儀上，設(shè)定反應(yīng)溫度為70°C，超聲波功率為240W，開始水浴反應(yīng)，反應(yīng)I小時后，于室溫下靜置冷卻I小時，過濾藻粉，濾液轉(zhuǎn)入到分液漏斗中，靜置分層后，取上層溶液進行減壓蒸餾，即得生物柴油粗品0.129克；下層經(jīng)常壓蒸餾、減壓蒸餾除去甲醇和甘油，回收離子液體，所述離子液體可循環(huán)使用。
[0025]實施例2
[0026]將干燥柵藻除雜，粉碎、研磨后過300目篩；取5克篩下物，加入100克離子液體組合物(所述離子液體組合物，由組分A和組分B混合組成，其中組分A質(zhì)量分數(shù)為95%，組分A為1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMM] Cl)，組分B為1-已基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([HmimIHSO4))在萃取-反應(yīng)釜中混合均勻，然后加入甲醇(甲醇與微藻油脂的摩爾比為6:1)，在超聲波合成萃取儀上，設(shè)定反應(yīng)溫度為80°C，超聲波功率為240W，開始水浴反應(yīng)，反應(yīng)2小時后，于室溫下靜置冷卻I小時，過濾藻粉，濾液轉(zhuǎn)入到分液漏斗中，靜置分層后，取上層溶液進行減壓蒸餾，即得生物柴油粗品0.158克；下層經(jīng)常壓蒸餾、減壓蒸餾除去甲醇和甘油，回收離子液體，所述離子液體可循環(huán)使用。
[0027]實施例3
[0028]將干燥小球藻除雜，粉碎、研磨后過200目篩；取5克篩下物，加入150克離子液體組合物(所述離子液體組合物，由組分A和組分B混合組成，其中組分A質(zhì)量分數(shù)為95%，組分A為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽([AMM] Cl)，組分B為1-丁基-3-甲基嗎啉鹽[Hnmm]Im)在萃取-反應(yīng)釜中混合均勻，然后加入甲醇(甲醇與微藻油脂的摩爾比為6:1)，在超聲波合成萃取儀上，設(shè)定反應(yīng)溫度為90°C，超聲波功率為240W，開始水浴反應(yīng)，反應(yīng)3小時后，于室溫下靜置冷卻I小時，過濾藻粉，濾液轉(zhuǎn)入到分液漏斗中，靜置分層后，取上層溶液進行減壓蒸餾，即得生物柴油粗品0.197克；下層經(jīng)常壓蒸餾、減壓蒸餾除去甲醇和甘油，回收離子液體，所述離子液體可循環(huán)使用。
[0029]實施例4
[0030]將干燥小球藻除雜，粉碎、研磨后過300目篩；取5克與200克復(fù)合離子液體組合物(所述離子液體組合物，由組分A和組分B混合組成，其中組分A質(zhì)量分數(shù)為98%，組分A為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽([AMM] Cl)，組分B為1-已基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([HmimIHSO4))在萃取-反應(yīng)釜中混合均勻，然后加入甲醇(甲醇與微藻油脂的摩爾比為6:1)，在超聲波合成萃取儀上，設(shè)定反應(yīng)溫度為100°C，超聲波功率為240W，開始水浴反應(yīng)，反應(yīng)4小時后，于室溫下靜置冷卻I小時，過濾藻粉，濾液轉(zhuǎn)入到分液漏斗中，靜置分層后，取上層溶液進行減壓蒸餾，即得生物柴油粗品0.199克；下層經(jīng)常壓蒸餾、減壓蒸餾除去甲醇和甘油，回收離子液體，所述離子液體可循環(huán)使用。
【主權(quán)項】
1.一種微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: a、將干燥的微藻除雜、粉碎、研磨后，過200?300目篩，取篩下物，加入離子液體組合物，裝入萃取-反應(yīng)釜中，混勻，然后加入甲醇，在超聲輔助的條件下，60?110°C反應(yīng)I?5小時；所述離子液體組合物，由組分A和組分B混合組成，其中組分A質(zhì)量分數(shù)為90%?98%，組分A選自1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMM]Cl)或1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽([AMM]C1)，組分B選自1-丁基-3-甲基嗎啉鹽[Hnmm] Im或1-已基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([moM]Hso4);所述微藻篩下物與復(fù)合離子液體組合物的質(zhì)量比為1:10?1:40 ;所述甲醇與微藻油脂的摩爾比為6:1 ; b、反應(yīng)完全后的物料，室溫下靜置冷卻1-1.5小時經(jīng)過濾去除微藻殘渣后，濾液靜止分層；上層溶液進行減壓蒸餾得粗生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法，其特征在于，所述的微藻選自小球藻或柵藻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法，其特征在于，步驟a所述超聲，超聲波功率為240W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法，其特征在于，步驟b靜止分層后得到的下層溶液經(jīng)蒸餾除去甲醇和甘油，回收離子液體，所述離子液體循環(huán)使用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微藻超聲波輔助離子液體組合物直接制備生物柴油的方法，該方法包括以下步驟：a、將干燥的微藻除雜、粉碎、研磨后，過200～300目篩，取篩下物，加入離子液體組合物，混勻，然后加入甲醇，在超聲輔助的條件下，60～110℃反應(yīng)1～5小時；反應(yīng)完全后的物料，室溫下靜置冷卻1～1.5小時，經(jīng)過濾去除微藻殘渣后，濾液靜止分層；取上層溶液進行減壓蒸餾得粗生物柴油。該方法將離子液體溶解萃取性能、催化性能及超聲波的空化效應(yīng)相結(jié)合；將油脂的提取與油脂的酯化合二為一，操作簡單方便，工藝步驟大大簡化，能快速制備生物柴油，從而大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，為工業(yè)化規(guī)?；a(chǎn)生物柴油提供了一個新方法。
【IPC分類】C10L1-02, C11B1-04, C11B1-10, C11B3-12, C11C3-04
【公開號】CN104560409
【申請?zhí)枴緾N201410809197
【發(fā)明人】袁振宏, 苗長林, 呂鵬梅, 羅文 , 王忠銘, 李惠文, 楊玲梅, 莊新姝, 李志兵, 劉姝娜
【申請人】中國科學(xué)院廣州能源研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月19日