CN100582199C - 利用微藻油脂制备生物柴油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于生物工程与能源领域的一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法。在微藻油脂中加入一定量的甲醇，加热至一定的温度，在酸催化剂作用下，反应生成生物柴油。微藻生物柴油的密度为0.864kgl-1、粘度5.2×10-4(40℃)、热值高达41MJ kg-1，这些特征与传统柴油相当。该技术为最终用生物和工程技术生产可再生能源并解决环境污染问题提供基础和科学依据，并具良好的应用和市场需求。
Description
技术领域
本发明属于生物工程与能源领域，涉及一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法。
背景技术
生物柴油即脂肪酸甲酯，是一种可生物降解、无毒的可再生能源。由于石油资源的枯竭以及环保法规加强，世界各国积极开展对生物柴油的研制和生产。自1988年以来，许多欧洲国家就已经开始将生物柴油作为传统柴油的替代品加以利用了。但是由于较高的原材料成本，使得生物柴油的价格高于传统柴油。因此选取合适的、低成本的植物油脂资源来积极发展和生产生物柴油是发展的总趋势。
藻类具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物产量高的特点，因此藻类是制备生物油燃料的良好材料。异养生长不仅可以提高生长效率，还有利于藻细胞内某些代谢产物如脂类等的积累，获得高脂肪含量的微藻，从而可降低生物质生产和油脂生产的成本。然而目前有关生物柴油制备的研究基本上都集中于蔬菜油如大豆油、葵花子油以及油菜籽等方面，未见异养微藻油脂制备生物柴油的报导。生产生物柴油最常用的方法是酯交换法，即在植物油中加入一定量的甲醇，加热至一定的温度，在催化剂(酸，碱或酶)作用下，反应生成脂肪酸甲酯，并分离出副产品甘油的过程。将这种酯交换反应技术与异养转化细胞工程技术整合，我们提出了一种利用异养藻油脂制备高质量生物柴油的方法。研究结果表明，利用异养藻油脂通过酸催化的酯交换反应可获得与传统柴油相当的生物柴油，其应用价值更高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法，其特征在于：所述的生物柴油是利用微藻油脂通过酯交换法获得的；其制备过程为：
(1)收集微藻，然后干燥并制成藻粉；
(2)利用植物油法从藻粉中提取微藻油脂；
(3)酯交换反应：微藻油脂中加入醇油摩尔比为25∶1～84∶1的甲醇，加热至30℃～90℃，在浓硫酸催化作用下，反应生成脂肪酸甲酯即生物柴油，并分离出副产品甘油。
本发明的有益效果是1.利用微藻油脂经酯交换反应可获得高质量的生物柴油，其特性与传统的化石柴油相当。2.具有良好的应用和市场需求。
附图说明
图1(a)(b)为不同温度和催化剂条件下生物柴油产率变化示意图。
图2(a)(b)为不同醇油摩尔比对微藻生物柴油产率及密度的影响示意图。
图3为不同醇油摩尔比条件下的反应产物(生物柴油)密度随时间的变化图。
具体实施方式
本发明提供一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法。其生物柴油的制备是用微藻油脂通过酯交换法获得的，其制备过程为：
(1)收集微藻，然后干燥并制成藻粉；
(2)利用植物油法从藻粉中提取微藻油脂；
(3)酯交换反应：微藻油脂中加入醇油摩尔比为25∶1～84∶1的甲醇，加热至30℃～90℃，在浓硫酸催化剂作用下，反应生成的产物经石油醚及水洗涤，离心取有机相，将有机溶剂蒸发、干燥后获得生物柴油。反应生成脂肪酸甲酯即生物柴油，并分离出副产品甘油。
图1(a)(b)、图2(a)(b)为不同温度和催化剂条件下生物柴油产率及密度变化。通过酯交换反应条件的优化，可获得更高的产油率。利用微藻油脂通过酯交换反应，可获得高质量的生物柴油。微藻生物柴油的密度为0.864kg 1-1、粘度5.2×10-4(40℃)、热值高达41MJ kg-1。这些特征与传统柴油相当，具有很好的应用前景。
下面例举实施例予以说明。
实施例一不同的反应温度和催化剂用量对微藻生物柴油产率及密度的影响
反应条件为：30∶1醇油摩尔比，摇床转速160rpm，反应时间5h。温度分别为30℃，50℃，90℃；催化剂H2SO4用量为25％，50％，60％，100％(以原料油重量为基准)。
在50℃条件下可获得较高的生物柴油产率，而较低密度的生物柴油则均在90℃下获得。在相同的温度条件下，催化剂用量为原料油的100％时可获得较低密度的生物柴油。最低密度(0.862)的生物柴油则是在90℃、催化剂用量为原料油的100％条件下获得的。
在催化剂用量为原料油的100％条件下，30℃和50℃时的产率及密度没有很大的差异。在30℃和50℃条件下的生物柴油产率分别为56％和58％，而在30℃和50℃条件下的生物柴油的密度分别为0.878和0.875(如图1所示)。因此从降低成本的角度考虑，微藻油脂的酸催化酯交换反应的反应条件为30℃、100％原料油量的催化剂用量较为合适。
实施例二不同的醇油摩尔比对微藻生物柴油产率及密度的影响
反应条件为：温度30℃，摇床转速160rpm，催化剂H2SO4用量为100％(以原料油重量为基准)，反应时间7h。
对比六种不同醇油摩尔比对产物比率及其密度的影响，在醇油摩尔比为45∶1和56∶1时可获得较高产率的生物柴油，分别是68％和63％。在这两种醇油摩尔比条件下不仅获得了较高产率的生物柴油，而且获得了低密度的生物柴油。在醇油摩尔比为45∶1和56∶1时获得的生物柴油的密度分别为0.873和0.864。醇油摩尔比为30∶1时也可获得较低密度(0.878)的生物柴油(如图2所示)。
实施例三不同醇油摩尔比条件下的反应产物(生物柴油)密度随时间的变化
反应条件为：温度30℃，摇床转速160rpm，催化剂H2SO4用量为100％(以原料油重量为基准)
醇油摩尔比为25∶1、70∶1和84∶1时获得的生物柴油的密度较高，且甲醇用量太大时给随后的分离带来不便。在这30∶1、45∶1和56∶1的醇油摩尔比条件下生物柴油产物的密度均随着反应时间的延长呈逐渐下降的趋势。但醇油摩尔比为56∶1时，生物柴油产物的密度在最短时间4小时内下降到最低点，获得了密度为0.864的生物柴油；而醇油摩尔比为30∶1和45∶1时，需5-7小时其产物密度才趋于最低(如图3所示)。
以上实验结果表明，微藻油脂的酸催化酯交换反应的最佳反应条件应为30℃、100％原料油量的催化剂用量以及56∶1的醇油摩尔比；在此条件下，4小时内可获得密度为0.864的高质量的生物柴油。
Claims (3)
1.一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法，所述的生物柴油是利用微藻油脂通过酯交换法获得的；首先收集微藻，然后干燥并制成藻粉；利用植物油法从藻粉中提取微藻油脂；其特征在于：在酯交换反应中，当微藻油脂中的醇油摩尔比为30∶1，摇床转速160rpm，在30℃和50℃条件下，催化剂H2SO4用量为原料油重量的100％，在浓硫酸催化作用下，反应5小时获得的生物柴油的密度分别为0.878和0.875，并分离出副产品甘油。
2.一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法，所述的生物柴油是利用微藻油脂通过酯交换法获得的；首先收集微藻，然后干燥并制成藻粉；利用植物油法从藻粉中提取微藻油脂；其特征在于：在酯交换反应中，当微藻油脂中的醇油摩尔比为45∶1加热温度为30℃，摇床转速160rpm，催化剂H2SO4用量为原料油重量的100％，在浓硫酸催化作用下，反应7小时获得的生物柴油的密度为0.873，并分离出副产品甘油。
3.一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法，所述的生物柴油是利用微藻油脂通过酯交换法获得的；首先收集微藻，然后干燥并制成藻粉；利用植物油法从藻粉中提取微藻油脂；其特征在于：在酯交换反应中，当微藻油脂中的醇油摩尔比为56∶1，加热温度为30℃，摇床转速160rpm，催化剂H2SO4用量为原料油重量的100％，在浓硫酸催化作用下，反应4小时获得的生物柴油的密度为0.864，并分离出副产品甘油。
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Legal Events
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20100120 Termination date: 20180601 |