一種生物柴油的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟：將綠球藻接種至培養基，用紅藍雙色LED補光燈照射12?15h/天,在24?27℃下培養6?8天，即可收集綠球藻細胞；收集的綠球藻細胞用超聲波進行破壁處理，再用有機溶劑提取，得到微藻油脂，再將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質量比為1:6?8:0.01?0.04的比例加入反應器中進行酯化反應，得到酯化產物，酯化產物再經過分離、提純，即可得到生物柴油。本發明專利技術方法以生產周期短、分布廣泛、光合作用強、油脂含量高的綠球藻為原料，解決了生物柴油開發中的植物油脂原料存在的問題。同時還具有制備工藝簡單、催化效率高、油脂提取率高、產品產率高等優點，為生物柴油產業化、規模化打下了良好的基礎。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物質能源
，具體來說是一種生物柴油的制備方法。
技術介紹
隨著石化燃料的日益枯竭，石油價格持續大幅上漲，探尋可再生能源已成為解決人類生存和保持世界經濟可持續發展的需要,作為新型替代能源的生物柴油在世界各國發展迅速。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。生物柴油的優勢不僅限于可再生性，與現有柴油相比，還具有以下優勢：十六烷值高，使得燃燒性能更好；較好的潤濕性能，使噴油泵、發動機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、使用方面等均有優勢。目前，我國工業化生產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。但這些原料的產量有限，生產的生物柴油只能滿足當前車用燃料需求量的0.3％。而且大量用植物油脂生產生物柴油，勢必會造成土地資源的緊張和農作物價格的上漲，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勢吸引了越來越多人的關注。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、環境適應能力強、生長周期短、油脂含量高、成本低和環境友好等顯著優勢。近年來，有關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、規模化培養、提取油脂、酯化反應制備生物柴油粗產品、經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鍵，同時培養基和環境因子對微藻的含脂量也有著重要的影響。因此，如何提高培養基的營養成分和改變環境因子是提高藻類油脂產率的途徑之一。雖然提高微藻含脂量可為生物柴油打下良好的基礎，但是生物柴油的生產工藝對其產量影響至關重要。現有生物柴油的生產工藝一般存在以下問題：催化效率低、生物柴油產量低、反應時間長、腐蝕設備、工藝復雜、能耗較大、成本較高等不足。綠球藻(Cladophora aegagrophila)，屬于剛毛藻科、剛毛藻屬。綠球藻分布亞洲及歐洲，分布廣，油脂含量達20％左右，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，是一類具有開發潛力的生物能源材料。
技術實現思路
本專利技術針對植物油脂產量有限和現有生物柴油制備方法存在的問題，提供一種生物柴油的制備方法。本專利技術方法具有原料來源廣泛、催化效率高、耗能低、生物柴油產率高、制備工藝簡單等優點，為生物柴油產業化、規模化打下了良好的基礎，能有效緩解能源危機問題。為了實現以上目的，本專利技術是通過以下技術方案實現：一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟:S1.綠球藻培養：以綠球藻為原料，再以700-900萬個細胞/mL的接種密度接種至培養基，用紅藍雙色LED補光燈照射12-15h/天,控制光照強度在2000-3000LX，培養溫度控制在24-27℃，培養6-8天，綠球藻的密度達到濃度達到9000萬個細胞/mL，收集綠球藻細胞；所述的培養基由以下組分組成：葡萄糖35-40mg/L、NaNO3 1.0-1.2mg/L、KH2PO41.6-1.8mg/L、殼聚糖0.6-0.9mg/L、沼液5-8mg/L、f2維生素2-3mL和海水1L；S2.油脂提取：將步驟S1收集綠球藻細胞濃縮干燥后，采用超聲波對綠球藻進行破壁處理，得綠球藻粉，在綠球藻粉中加入與其質量比為1:12-14的石油醚，混勻靜置5-8h，上層液即為油脂提取液，再將提取液在84-86℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質量比為1:6-8:0.01-0.04的比例加入反應器中，在溫度為60-70℃下，進行酯化反應60-75min，得到酯化產物；S4.靜置分離；將酯化產物在轉速為250-400r/min下離心10-15min，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75-80℃下蒸餾除去多余甲醇，即可得到生物柴油。進一步地，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。進一步地，以上所述的紅藍雙色LED補光燈中的紅光與藍光配比為1:2-4，優選配比為1：4。進一步地，以上步驟S2所述采用超聲波對綠球藻進行破壁處理，超聲功率為150-220W、超聲時間為28-32min。與現有技術相比，本專利技術取得的有益效果：1、本專利技術以綠球藻為原料制備生物柴油，可有效緩解當今的能源危機和環境污染問題，綠球藻具有分布廣、生物量高、光合效率高、環境適應能力強、生長周期短、油脂含量高、成本低和環境友好等顯著優勢，能夠解決生物柴油開發中的植物油脂原料不足、成本過高等問題。2、本專利技術在培養基中加入的殼聚糖和沼液，含有大量的微量元素、有機物等營養成分，可加快微藻生產速度和提高微藻的油脂產率。3、本專利技術方法通過采用紅藍雙色LED補光燈改變光照條件，不僅可以提高綠球藻的光合作用，加快綠球藻生產和提高產量，同時還可以提高綠球藻的油脂產率，與常用的白熾燈、熒光燈或單色LED燈相比，綠球藻的油脂產率提高5％左右。4、本專利技術方法采用超聲波破壁方法，超聲波能夠對微藻細胞產生獨特的機械振動作用和空化作用，具有破壁率高、處理時間段、對環境無污染、耗能低等優點，提高了油脂的提取率。5、本專利技術方法采用沸石分子篩作為催化劑，具備反應界面大、表面積大、傳質阻力小、反應條件溫和、活性高、無污染、不腐蝕設備等特點，提高了催化效率，縮短了酯化反應時間，催化效果顯著，提高生物柴油的產量。6、本專利技術方法具有制備工藝簡單、催化效率高、油脂提取率高、生物柴油產率高、產品純度高、原料來源廣泛、成本低、耗能低等優點，具有很好的社會、生態和經濟效益，為微藻生物柴油產業化、規模化打下了良好的基礎。具體實施方式下面將結合具體實施例對本專利技術進一步說明，但不限于本專利技術的保護范圍。實施例1綠球藻培養基的配制：葡萄糖40mg/L、NaNO3 1.0mg/L、KH2PO41.6mg/L、殼聚糖0.6mg/L、沼液5mg/L、f2維生素3mL和海水1L；一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟：S1.綠球藻培養：以綠球藻為原料，再以800萬個細胞/mL的接種密度接種至培養基，用紅藍雙色LED補光燈照射12h/天,LED補光燈中紅光與藍光配比為1:2，控制光照強度在3000LX，培養溫度控制在27℃，培養8天，綠球藻的密度達到濃度達到9000萬個細胞/mL，收集綠球藻細胞；S2.油脂提取：將步驟S1收集綠球藻細胞濃縮干燥后，采用超聲波對綠球藻進行破壁處理，控制超聲功率為150W，超聲反應32min，得綠球藻粉，在綠球藻粉中加入與其質量比為1:12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84℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種生物柴油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.綠球藻培養：以綠球藻為原料，再以700?900萬個細胞/mL的接種密度接種至培養基，用紅藍雙色LED補光燈照射12?15h/天,控制光照強度在2000?3000LX，培養溫度控制在24?27℃，培養6?8天，綠球藻的密度達到濃度達到9000萬個細胞/mL，收集綠球藻細胞；所述的培養基由以下組分組成：葡萄糖35?40mg/L、NaNO3?1.0?1.2mg/L、KH2PO41.6?1.8mg/L、殼聚糖0.6?0.9mg/L、沼液5?8mg/L、f2維生素2?3mL和海水1L；S2.油脂提取：將步驟S1收集綠球藻細胞濃縮干燥后，采用超聲波對綠球藻進行破壁處理，得綠球藻粉，在綠球藻粉中加入與其質量比為1:12?14的石油醚，混勻靜置5?8h，上層液即為油脂提取液，再將提取液在84?86℃蒸餾，即可得到微藻油脂；S3.酯交換反應：將微藻油脂、甲醇和沸石分子篩催化劑按照質量比為1:6?8:0.01?0.04的比例加入反應器中，在溫度為60?70℃下，進行酯化反應60?75min，得到酯化產物；S4.靜置分離；將酯化產物在轉速為250?400r/min下離心10?15min，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?80℃下蒸餾除去多余甲醇，即可得到生物柴油。...

【技術特征摘要】
1.一種生物柴油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.綠球藻培養：以綠球藻為原料，再以700-900萬個細胞/mL的接種密度接種至培養基，用紅藍雙色LED補光燈照射12-15h/天,控制光照強度在2000-3000LX，培養溫度控制在24-27℃，培養6-8天，綠球藻的密度達到濃度達到9000萬個細胞/mL，收集綠球藻細胞；所述的培養基由以下組分組成：葡萄糖35-40mg/L、NaNO3 1.0-1.2mg/L、KH2PO41.6-1.8mg/L、殼聚糖0.6-0.9mg/L、沼液5-8mg/L、f2維生素2-3mL和海水1L；S2.油脂提取：將步驟S1收集綠球藻細胞濃縮干燥后，采用超聲波對綠球藻進行破壁處理，得綠球藻粉，在綠球藻粉中加入與其質量比為1:12-14的石油醚，混勻靜置5-8h，上層液即為油脂提取...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃健峻，其他發明人請求不公開姓名，
申請(專利權)人：南寧華僑投資區政孫貿易有限公司，
類型：發明
國別省市：廣西;45