CN103315003A

CN103315003A - 利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法

Info

Publication number: CN103315003A
Application number: CN2013101783714A
Authority: CN
Inventors: 刘荣厚; 黄历
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN103315003B

Abstract

本发明公开了一种利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，步骤：第一步，采用粉碎后的水稻秸秆，取筛选后的水稻秸秆粉末，干燥；第二步，采用鼓泡流化床生物质快速热裂解装置，以干燥后的水稻秸秆粉末为原料制取生物油；第三步，根据所测的该种生物油对典型淡水藻的半效应浓度值，计算向水体中施用生物油的量。本发明利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，原料为农业剩余物，来源广泛，使资源得到再利用，本发明制得生物油的过程中，无需再添加任何添加剂，也无需进行任何分离纯化，制取后即可使用。本发明步骤简单，制得的生物油具有快速生物降解性能，28天生物降解率为41～53%，具有生态安全性，不会造成二次污染。

Description

利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法

技术领域

本发明属于水体污染控制领域，特别地，涉及一种利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法。

背景技术

水体的富营养化是目前困扰世界各国的普遍性环境问题。近几十年来中国的高速发展，使得大量的碳、氮、磷等营养物进入水体，浮游藻类的大量繁殖，造成水华的频繁爆发，严重影响了人民群众的生活、生产和身体健康，探索控制水华发生的有效途径已迫在眉睫。目前治理水体富营养化主要有物理方法、化学方法和生物方法，物理方法主要是采用人工或机械的方式从水体中滤除藻类，虽然效果较好，但费时费力且成本较高，难以大面积应用；化学方法主要使用含有铜离子的藻抑制剂，大量使用容易造成对水体的二次污染；生物方法主要是从富营养水体中分离溶藻细菌，利用溶藻细菌直接或间接地抑制藻类的生长，但目前所报道的分离溶藻细菌的方法要求使用昂贵的器材和试剂，且溶藻细菌的活性在自然环境中不稳定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，通过利用水稻秸秆进行快速热裂解反应制备生物油，将生物油作为一种藻类抑制剂应用于富营养化的水体。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，所述方法包含如下步骤：

第一步，生物质原料准备：采用粉碎后的水稻秸秆，取筛选后的水稻秸秆粉末，干燥；

第二步，生物油的制取：采用鼓泡流化床生物质快速热裂解装置，以干燥后的水稻秸秆粉末为原料制取生物油，流化气体为氮气；

第三步，计算生物油的施用量：根据所测的该种生物油对典型淡水藻的半效应浓度值，计算向水体中施用生物油的量。

优选地，第一步中，所述筛选后的水稻秸秆粉末，粒径为30～80目。

优选地，第一步中，所述干燥温度为90～110℃，干燥时间为18～36h。

优选地，第二步中，所述裂解反应温度为450～600℃，流化风速为40～80L·min^-1。

优选地，第三步中，所述典型淡水藻为斜生栅藻或月牙藻。

优选地，第三步中，所述生物油对斜生栅藻的半效应浓度值为15～20mg/L；所述生物油对月牙藻的半效应浓度值为10～16mg/L。

本发明裂解反应所用的裂解设备为现有技术，可以采用如中国发明专利名称为“生物质快速热裂解制取生物燃料油设备”，其公开号为CN101962563A，现有的以植物为原料制取藻类抑制剂的方法以提取为主，所用原料一般为经济作物，提取过程复杂，且需要使用昂贵的化学试剂和分离柱，较难实行大规模生产。使用生物质快速热裂解制取生物燃料油设备制取生物油作为藻类抑制剂仅需要对原料进行粉碎和烘干处理，其他的制取过程全由装置自动完成，制取的生物油可直接作为藻类抑制剂使用。

本发明通过利用水稻秸秆进行快速热裂解反应制备生物油，将生物油作为一种藻类抑制剂应用于富营养化的水体。具体为以水稻秸秆为原料，用制取的生物油，以斜生栅藻和月牙藻为受试材料，设置5组不同生物油含量（分别为0、9.5、20.7、48.5和81.3mg/L）的藻培养液，测定生物油对藻类的毒性效应。结果表明，对斜生栅藻的生长抑制率分别为0、（36.59%±5.94%）、（48.47%±2.53%）、（94.83%±2.50%）和（105.25%±1.39%）；对月牙藻的生长抑制率分别为0、（45.14%±0.93%）、（55.45%±1.41%）、（64.07%±3.95%）和（92.58%±0.88%）。对不同生物油含量下的藻类生长抑制率进行非线性回归分析，以生物量计，生物油对斜生栅藻和月牙藻生长的72h半效应浓度（EC₅₀）分别为17.62和14.16mg/L，按照所测的对普通淡水藻类的半数效应浓度值，计算实际施用量。

本发明为解决现有藻类抑制剂制备成本高或有污染等问题，提供了一种利用水稻秸秆制备生物油作为藻类抑制剂的方法，所用原料为来源广泛且价格低廉的农业剩余物，制备方法简单易行，按量施用且操作方便，该种生物油具有快速生物降解性能，不会对环境造成二次污染。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，原料为农业剩余物，来源广泛，使资源得到再利用。

2、本发明所述生物油，无需再添加任何添加剂，也无需进行任何分离纯化，制取后即可使用。

3、本发明所述生物油，具有快速生物降解性能，28天生物降解率为41～53%，具有生态安全性，不会对环境造成二次污染。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，所述方法包括如下步骤：

以水稻秸秆为原料，采用公开号为CN101962563A的生物质快速热裂解制取生物燃料油设备制取生物油。

第一步，生物质原料准备：采用粉碎后的水稻秸秆，经过筛选后，取筛选后的水稻秸秆粉末，在90℃温度下干燥18h；所述筛选后的水稻秸秆粉末，粒径为30目；

第二步，生物油的制取：采用鼓泡流化床生物质快速热裂解装置，以干燥后的水稻秸秆粉末为原料制取生物油，其热裂解反应温度为450℃，流化气体为氮气，流化风速为40L·min^-1。

计算生物油对斜生栅藻的半效应浓度：根据预实验的结果，设置5组不同生物油含量的藻培养液，每组设3个重复。分别用培养液配制测试液，使每组藻培养液中生物油的含量分别为0，9.5，20.7，48.5，81.3mg/L。分别将10mL预培养好的藻种接种于90mL经高温高压灭菌并冷却的测试液中，培养容器为250mL锥形瓶，测试液均为100mL，斜生栅藻的初始藻细胞浓度分别为（1.33±0.06）×105个/mL，在实验开始后的第24、48、72小时取适量的藻液,测定藻细胞浓度的变化。

经测试，生物油含量为0、9.5、20.7、48.5和81.3mg/L的培养液对斜生栅藻的生长抑制率分别为0、（36.59%±5.94%）、（48.47%±2.53%）、（94.83%±2.50%）和（105.25%±1.39%）。t-test分析表明，与对照组相比，生物油含量为9.5和20.7mg/L的试验组对斜生栅藻的抑制效应不显著(P>0.05)，48.5mg/L试验组抑制效应显著（P<0.05），81.3mg/L的试验组抑制效应达到极显著(P<0.01)。因此，不同含量的生物油对斜生栅藻的生长有不同程度的抑制作用，抑制作用随生物油含量的增加而增强。

根据对照组和各处理组在各时段的生长数据，计算斜生栅藻72h的生长抑制率，然后使用GraphPad Prism5软件分析并生成斜生栅藻72h的生长抑制率与不同生物油含量的藻培养液的回归曲线。对斜生栅藻的抑制率与生物油含量的数值的对数作图，使用“log(inhibitor)vs.response”模型进行非线性回归分析，得到生物油对斜生栅藻的浓度-效应相关曲线。通过拟合的方程，计算出生物油对斜生栅藻的72h半效应浓度EC50为17.62mg/L。

实施例2

第一步，生物质原料准备：采用粉碎后的水稻秸秆，经过不同目数筛子筛选后，取筛选后的水稻秸秆粉末，在110℃温度下干燥36h；所述筛选后的水稻秸秆粉末，粒径为80目；

第二步，生物油的制取：采用鼓泡流化床生物质快速热裂解装置，以干燥后的水稻秸秆粉末为原料制取生物油，其热裂解反应温度为600℃，流化气体为氮气，流化风速为80L·min^-1。

计算生物油对月牙藻的半效应浓度：根据预实验的结果，设置5组不同生物油含量的藻培养液，每组设3个重复。分别用培养液配制测试液，使每组藻培养液中生物油的含量分别为0，9.5，20.7，48.5，81.3mg/L。分别将10mL预培养好的藻种接种于90mL经高温高压灭菌并冷却的测试液中，培养容器为250mL锥形瓶，测试液均为100mL，斜生栅藻的初始藻细胞浓度分别为（1.38±0.11）×105个/mL，在实验开始后的第24、48、72小时取适量的藻液,测定藻细胞浓度的变化。

经测试，生物油含量为0、9.5、20.7、48.5和81.3mg/L的培养液对斜生栅藻的生长抑制率分别为0、（45.14%±0.93%）、（55.45%±1.41%）、（64.07%±3.95%）和（92.58%±0.88%）。t-test分析表明，与对照组相比，生物油含量为9.5，20.7和48.5mg/L的试验组对月牙藻的生长抑制效应与对照组比较均不显著(P>0.05)，当生物油含量为81.3mg/L时抑制效应极显著(P<0.01)。因此，不同含量的生物油对斜生栅藻的生长有不同程度的抑制作用，抑制作用随生物油含量的增加而增强。

根据对照组和各处理组在各时段的生长数据，计算斜生栅藻72h的生长抑制率，然后使用GraphPad Prism5软件分析并生成斜生栅藻72h的生长抑制率与不同生物油含量的藻培养液的回归曲线。对月牙藻的抑制率与生物油含量值的对数作图，使用“log(inhibitor)vs.normalized response--Variable slope”模型进行非线性回归分析，得到生物油对月牙藻的浓度-效应相关曲线。通过拟合的方程，计算出生物油对月牙藻的72h半效应浓度EC50为14.16mg/L。

实施例3

以水稻秸秆为原料，采用专利公开号为CN101962563A，专利名称为“生物质快速热裂解制取生物燃料油设备”制取生物油。

第一步，生物质原料准备：采用粉碎后的水稻秸秆，经过不同目数筛子筛选后，取筛选后的水稻秸秆粉末，在100℃温度下干燥20h；所述筛选后的水稻秸秆粉末，粒径为60目；

第二步，生物油的制取：采用鼓泡流化床生物质快速热裂解装置，以干燥后的水稻秸秆粉末为原料制取生物油，其热裂解反应温度为500℃，流化气体为氮气，流化风速为60L·min^-1。

由实施例1～3可得，生物油对斜生栅藻72h EC50为17.62mg/L，对月牙藻72h EC50为14.16mg/L。将生物油作为藻抑制剂施用于富营养化的自然水体中时，可以以此为参考值计算生物油的实际施用量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，其特征在于，第一步中，所述筛选后的水稻秸秆粉末，粒径为30～80目。

3.根据权利要求1或2所述的利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，其特征在于，第一步中，所述干燥温度为90～110℃，干燥时间为18～36h。

4.根据权利要求1所述的利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，其特征在于，第二步中，所述裂解反应温度为450～600℃，流化风速为40～80L·min^-1。

5.根据权利要求1所述的利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，其特征在于，第三步中，所述典型淡水藻为斜生栅藻或月牙藻。

6.根据权利要求5所述的利用水稻秸秆制取生物油作为藻类抑制剂的方法，其特征在于，第三步中，所述生物油对斜生栅藻的半效应浓度值为15～20mg/L；所述生物油对月牙藻的半效应浓度值为10～16mg/L。