CN103946343A - 用于使用微生物产生生物柴油而无需干燥过程的方法 - Google Patents
用于使用微生物产生生物柴油而无需干燥过程的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103946343A CN103946343A CN201380003867.6A CN201380003867A CN103946343A CN 103946343 A CN103946343 A CN 103946343A CN 201380003867 A CN201380003867 A CN 201380003867A CN 103946343 A CN103946343 A CN 103946343A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydroxide
- oxide
- biofuel
- precipitation
- generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 title abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 title abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000005809 transesterification reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 claims description 69
- 235000019387 fatty acid methyl ester Nutrition 0.000 claims description 54
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 32
- 125000005233 alkylalcohol group Chemical group 0.000 claims description 19
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 claims description 12
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 claims description 10
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 9
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 7
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 5
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 5
- 241000233866 Fungi Species 0.000 claims description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 1-ethynyl-2,4-dimethoxybenzene Chemical compound COC1=CC=C(C#C)C(OC)=C1 IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 3
- 229910021503 Cobalt(II) hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QKDGGEBMABOMMW-UHFFFAOYSA-I [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[V+5] Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[V+5] QKDGGEBMABOMMW-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 3
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 229910021502 aluminium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- GHPGOEFPKIHBNM-UHFFFAOYSA-N antimony(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sb+3].[Sb+3] GHPGOEFPKIHBNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- VQWFNAGFNGABOH-UHFFFAOYSA-K chromium(iii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Cr+3] VQWFNAGFNGABOH-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- ASKVAEGIVYSGNY-UHFFFAOYSA-L cobalt(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Co+2] ASKVAEGIVYSGNY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229960004643 cupric oxide Drugs 0.000 claims description 3
- DFIPXJGORSQQQD-UHFFFAOYSA-N hafnium;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Hf] DFIPXJGORSQQQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- WPCMRGJTLPITMF-UHFFFAOYSA-I niobium(5+);pentahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Nb+5] WPCMRGJTLPITMF-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 claims description 3
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZIRLXLUNCURZTP-UHFFFAOYSA-I tantalum(5+);pentahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Ta+5] ZIRLXLUNCURZTP-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 3
- ALHBQZRUBQFZQV-UHFFFAOYSA-N tin;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Sn] ALHBQZRUBQFZQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UGZADUVQMDAIAO-UHFFFAOYSA-L zinc hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Zn+2] UGZADUVQMDAIAO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910021511 zinc hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229940007718 zinc hydroxide Drugs 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 abstract description 29
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 46
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 241000223678 Aureobasidium pullulans Species 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQDUMFSSJAZKTM-UHFFFAOYSA-N Sodium methoxide Chemical compound [Na+].[O-]C WQDUMFSSJAZKTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000235015 Yarrowia lipolytica Species 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical group 0.000 description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000007127 saponification reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 239000001707 (E,7R,11R)-3,7,11,15-tetramethylhexadec-2-en-1-ol Substances 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000195649 Chlorella <Chlorellales> Species 0.000 description 1
- 240000009108 Chlorella vulgaris Species 0.000 description 1
- 235000007089 Chlorella vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 241000192700 Cyanobacteria Species 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020012 Nb—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- BLUHKGOSFDHHGX-UHFFFAOYSA-N Phytol Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C=CO BLUHKGOSFDHHGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWHJIJJSDGEHNS-MYLFLSLOSA-N Senegenin Chemical compound C1[C@H](O)[C@H](O)[C@@](C)(C(O)=O)[C@@H]2CC[C@@]3(C)C(CC[C@]4(CCC(C[C@H]44)(C)C)C(O)=O)=C4[C@@H](CCl)C[C@@H]3[C@]21C CWHJIJJSDGEHNS-MYLFLSLOSA-N 0.000 description 1
- HNZBNQYXWOLKBA-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofarnesol Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)=CCO HNZBNQYXWOLKBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000235013 Yarrowia Species 0.000 description 1
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- BOTWFXYSPFMFNR-OALUTQOASA-N all-rac-phytol Natural products CC(C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)=CCO BOTWFXYSPFMFNR-OALUTQOASA-N 0.000 description 1
- 239000010775 animal oil Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- -1 lipid compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002075 main ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- NBTOZLQBSIZIKS-UHFFFAOYSA-N methoxide Chemical compound [O-]C NBTOZLQBSIZIKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010534 nucleophilic substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- BOTWFXYSPFMFNR-PYDDKJGSSA-N phytol Chemical compound CC(C)CCC[C@@H](C)CCC[C@@H](C)CCC\C(C)=C\CO BOTWFXYSPFMFNR-PYDDKJGSSA-N 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010993 response surface methodology Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000009871 tenuigenin Substances 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
- C12P7/6436—Fatty acid esters
- C12P7/649—Biodiesel, i.e. fatty acid alkyl esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
- C10L1/026—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for compression ignition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
- C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
- C11C3/003—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fatty acids with alcohols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
- C12P7/6436—Fatty acid esters
- C12P7/6445—Glycerides
- C12P7/6458—Glycerides by transesterification, e.g. interesterification, ester interchange, alcoholysis or acidolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L2200/00—Components of fuel compositions
- C10L2200/04—Organic compounds
- C10L2200/0461—Fractions defined by their origin
- C10L2200/0469—Renewables or materials of biological origin
- C10L2200/0476—Biodiesel, i.e. defined lower alkyl esters of fatty acids first generation biodiesel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
- C10L2290/08—Drying or removing water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
- C10L2290/26—Composting, fermenting or anaerobic digestion fuel components or materials from which fuels are prepared
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
- C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
- C10L2290/544—Extraction for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
- Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Fats And Perfumes (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明涉及用于在主要含有醇的环境中产生生物柴油而无需干燥过程和脂质组分提取过程的方法。本发明提供了用于产生生物柴油的方法，其中所述方法可以建立酯交换的最佳条件，从而以有效方式产生生物柴油，甚至无需催化剂，由此减少过程数目、生产成本和时间，同时提高生物柴油的产率。
Description
技术领域
本发明涉及产生生物柴油的方法，其中在湿润微生物(包括微藻和产油微生物)中，在环境条件下同时进行脂质组分的提取和酯交换(trasesterification)反应而无需干燥和脂质提取步骤。
背景技术
生物柴油是脂肪酸甲酯(fatty acid methyl ester，FAME)，其是从植物油、微藻和产油微生物等作为原料制备的非污染燃料，并且具有95％或更高的纯度。因为其物理性质与柴油类似，所以生物柴油可用作柴油交通工具的添加剂或作为一般交通工具的燃料。
生物柴油具有减少由使用现有化石能源导致之空气污染和温室气体的环境改进作用。此外，生物柴油从可重复使用的生物质产生，并且因此避免了潜在的问题(例如能源的耗尽)。在生物柴油的情况下，二氧化碳(其导致全球变暖)的净排放非常少，这是因为二氧化碳在生物质的产生期间被除去。此外，由于高的氧含量(至少10％的氧)，所以生物柴油具有高的完全燃烧比例，能够减少致癌微粒物，并且在泄漏的情况下因其低毒性和高可生物降解性而产生较少的环境污染。
虽然根据物种存在差异，但是微藻在解剖学上可分为含有高纤维量的细胞壁和含有多种物质的细胞质。然而，一些物种的脂质非常适合用于制备生物燃料，因为它们与植物油极为相似。微藻的生物质含有80％或更少的脂质、20％至40％的碳水化合物、30％至70％的蛋白质，并且一些物种还具有多至80％干重的脂质含量(参见KSBB journal2010，25：109-115)。
微藻纤维主要是纤维素并且与基于植物的纤维素纤维相比具有相对均一的直径。因此，微藻纤维可以避免由一种纤维中纤维素之非均一尺寸引起的复合材料物理性质的改变所导致的缺点，其为植物纤维的一个已知的难题。以实验室规模从微藻产生生物柴油、生物乙醇、生物丁醇、有机酸等的一般方法如下。在首先培养微藻之后，为了纯化生物柴油、生物乙醇和有机酸，通过离心、过滤和干燥步骤除去微藻中的大部分水分，其后使用对脂质具有高选择性的溶剂来提取脂质，然后将提取的脂质转化为生物柴油。或者，使用合适的酶和微生物来使微藻发酵，从而产生生物乙醇或有机酸(例如，乳酸)。
在常规的生物柴油产生过程中，收获经培养的微藻以通过干燥步骤获得微藻粉末，使用溶剂从干燥粉末中提取脂质，并对提取的脂质进行碱催化剂或酸催化剂辅助的酯交换来产生FAME(脂肪酸甲酯)。由于现有的生物柴油转化过程包括收获微藻后的干燥和脂质提取步骤，所以所述过程复杂且昂贵。
除了微藻，还存在以商业规模从植物油或动物油产生生物柴油的方法。所述方法(其是广泛已知的)包括向加热的脂质组分添加甲醇盐(methoxide)并允许它们反应约20至60分钟以获得FAME。所述方法还需要至少两步反应来获得FAME，这是因为脂质组分必须从植物或动物中分离。
本发明人已经开发了省去干燥和脂质提取步骤并且在室温和常压下仍提高生物柴油之产生的方法。另外，本发明人已经开发了产生生物柴油的方法，其中酯交换可无需催化剂而有效地进行，从而简化了生物柴油产生过程并且显著降低了成本。
发明概述
本发明涉及提供产生生物柴油的方法。
本发明还涉及提供无需催化剂而产生的生物柴油。
本发明的一个方面提供了产生生物柴油的方法，其包括：
1)培养微生物并离心培养物以获得沉淀(pellet)；
2)将步骤1)的所述沉淀添加至烷基醇并进行酯交换反应；以及
3)从步骤2)的反应产物提取脂肪酸甲酯(FAME)。
步骤1)的微生物可以是选自以下的至少一种：微藻、酵母、细菌和真菌。
步骤1)的沉淀可以具有80重量％至98重量％的含水量。
可以以10至10000mL/1g所述沉淀干重的量添加步骤2)的烷基醇。
所述方法还可包括在将步骤2)的沉淀添加至烷基醇中后将沉淀与烷基醇混合并将沉淀分散在烷基醇中。
所述烷基醇可以是甲醇或乙醇。
所述方法还可包括在步骤2)的酯交换反应期间向沉淀添加催化剂。
所述催化剂可以是固体催化剂。
所述固体催化剂可以是碱催化剂、金属氧化物、合金催化剂或上述材料的混合物。
所述碱催化剂可以是选自以下的至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钡、氢氧化铁、氢氧化锂、氢氧化锌、氢氧化镍、氢氧化锡、氢氧化钴、氢氧化铬、氢氧化铵、氢氧化锆、氢氧化钛、氢氧化钽、氢氧化铪、氢氧化铌和氢氧化钒，但不限于此。
所述金属氧化物可以是选自以下的至少一种：氧化钙、氧化镁、氧化锶、氧化钡、氧化铁(II，III)、氧化铝、氧化铜、氧化钠、二氧化硅、氧化钛、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化锂、氧化银、氧化锑，但不限于此。
所述合金催化剂可以是在基于甲醇的燃料电池中使用的催化剂，但不限于此。
可以以0.01至10g/1g所述沉淀干重的量添加所述催化剂，但量不限于此。
步骤2)的所述酯交换反应可以在3至85℃以及50至350rpm下进行，并且封闭反应体系的压力可以是0.5至1.5巴(bar)，但温度和压力不限于此。
所述方法还可包括在步骤2)的酯交换反应后使用电磁体回收磁性金属氧化物、对所述磁性金属氧化物进行热处理以及连续地重复利用再循环的金属催化剂。
本发明的另一个方面提供了通过根据本发明的生物柴油产生方法所产生之生物柴油的用途。
通过本发明可有效地产生植醇。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明示例性实施方案，本发明的以上和其他目的、特征和优点对本领域的普通技术人员将变得更加明显，其中：
图1是示出手工制作之反应器的照片。
图2A是示出根据生物质状态、催化剂的量以及催化剂状态所产生之脂肪酸甲酯(FAME)的量(mg/g)的图；
图2B是示出根据生物质状态、催化剂的量和催化剂状态所产生之FAME的量(％DCW)的图；
图3A是示出根据催化剂类型所产生之FAME的量(mg/g)的图；
图3B是示出根据催化剂类型所产生之FAME的量(％DCW)的图；
图4A是示出根据催化剂的量和生物质的量所产生之FAME的量的图，其通过响应面方法(response surface methodology，RSM)分析影响酯交换反应的最优条件；
图4B是示出根据催化剂的量和温度所产生之FAME的量的图，其通过RSM分析影响酯交换反应的最优条件；
图4C是示出根据生物质-催化剂比值和温度所产生之FAME的量的图，其通过RSM分析影响酯交换反应的最优条件；
图4D是示出根据生物质的量和温度所产生之FAME的量的图，其通过RSM分析影响酯交换反应的最优条件；
图4E是示出根据生物质-催化剂比值和产生之FAME量的皂化系数的图，其通过RSM分析影响酯交换反应的最优条件；
图5是示出根据催化剂的量的产生之FAME和生物柴油组分的量的图；以及
图6是示出在通过RSM推导的最优反应条件下通过使用酵母生物质产生之FAME的图。
示例性实施方案的详细描述
本说明书中使用的术语“生物质(biomass)”指作为能源使用的生物体。
本说明书中使用的术语“脂肪酸甲酯(FAME)”指生物柴油的主要组分并且可以与生物柴油互换使用。
本说明书中使用的术语“湿润生物质(wet biomass)”指培养微生物后仅通过离心未经干燥步骤产生的沉淀。
本说明书中使用的术语“干燥生物质(dry biomass)”指培养微生物后通过干燥步骤从其中除去水分的沉淀。
本说明书中使用的术语“酯交换”指将微生物的脂质转化为FAME的反应。
提供了用于产生生物柴油的方法，其包括：
1)培养微生物并离心培养物以获得沉淀；
2)向步骤1)的所述沉淀添加烷基醇并进行酯交换反应；以及
3)从步骤2)的反应产物提取FAME。
所述微生物可以是光合微生物或产油微生物(oleaginousmicroorganism)。另外，具有不同脂质组分或FAME谱的藻类、酵母、细菌和真菌可以用作用于FAME产生的原料，并且因此在多种活体中的脂质组分可以有效地转化为生物柴油。
藻类优选选自微藻，酵母优选选自耶氏酵母(Yarrowia)，并且真菌优选选自出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans)，但这些并不是限制。
步骤1)的沉淀优选具有80重量％至98重量％的含水量，但不限于此。
所述离心优选在3000至5000rpm下进行1分钟至10分钟，但不限于此。
优选以10至10000mL/1g沉淀(湿润生物质)干重的量添加步骤2)的烷基醇，但量不限于此。湿润生物质的干重是湿润生物质换算成细胞干重(dry cell weight，DCW)的值。
所述烷基醇优选为甲醇和乙醇，并且更优选甲醇，但不限于此。
所述烷基醇使用固体催化剂反应以形成强碱(例如甲醇盐或乙醇盐)，从而诱导酯交换(亲核取代的一种形式)。因此，当能够极好地除去醇中质子的固体催化剂在富含醇的条件下与微生物原位反应时，可以在高温下提取脂质组分并且通过由与所述固体催化剂反应形成之强碱进行酯交换。
优选地将步骤2)的沉淀添加至烷基醇中，随后进行混合和分散，但这并不是限制。
所述方法还可包括在步骤2)的酯交换反应期间向沉淀添加催化剂。
所述催化剂优选固体催化剂，但不限于此。
可以从另一些脂质化合物(例如磷脂、半乳糖脂)的酯交换得到比中性脂质更高的FAME产率。已经报道在过量甲醇中进行的一些酯交换方法因前述细胞脂质的酯交换而经常显示出比常规酯交换过程更高的FAME产率。
当烷基醇的量显著高于生物质或脂质的量时，与酯交换竞争的皂化被抑制并且可以因富含烷基醇的条件而被最小化。
催化剂优选为碱催化剂、金属氧化物或合金催化剂，但不限于此。
所述碱催化剂优选为选自以下的至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钡、氢氧化铁、氢氧化锂、氢氧化锌、氢氧化镍、氢氧化锡、氢氧化钴、氢氧化铬、氢氧化铵、氢氧化锆、氢氧化钛、氢氧化钽、氢氧化铪、氢氧化铌和氢氧化钒，但不限于此。
所述金属氧化物优选为选自以下的至少一种：氧化钙、氧化镁、氧化锶、氧化钡、氧化铁(II，III)、氧化铝、氧化铜、氧化钠、二氧化硅、氧化钛、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化锂、氧化银和氧化锑。
所述合金催化剂优选为在基于甲醇的燃料电池中使用的催化剂，但不限于此。
优选以0.01至10g/1g沉淀干重的量添加所述催化剂，但量不限于此。
步骤2)的酯交换反应优选地在4至60℃以及50至350rpm下进行，但温度和压力不限于此。
当添加磁性金属氧化物作为催化剂时，根据本发明的产生生物柴油的方法还可以包括在酯交换反应后使用电磁体回收金属催化剂，对所述催化剂进行热处理以及连续地重复利用再循环的金属催化剂。磁性金属氧化物可以是氧化铁(Fe2O3)、Nb-Ti合金等，但不限于此。
步骤3)的FAME提取可以包括通过相关领域中已知的各种提取方法提取FAME，优选使用有机溶剂，分离FAME溶剂，并且使用有机溶剂过滤器过滤所述FAME，但这些并不是限制。
另外，本发明提供了通过所述方法产生之生物柴油的用途。
下文中，将参考实施例更详细地描述本发明。这些实施例不应当被曲解为限制本发明的范围。提供实施例以向本领域普通技术人员充分描述本发明。
实施例
<实施例1>不经干燥和脂质提取步骤而产生生物柴油的方法
<1-1>微藻培养
为了制备用作生物柴油的FAME，将微藻小球藻(Chlorella vulgaris)AG10032(由Biological Resource Center(BRC)，Korea提供)在7L发酵罐中的BG11培养基(参见Rippka，R.，DeReuelles，J.，Waterbury，J.B.，Herdman，M.&Stanier，R.Y.(1979).Generic assignments，strainhistories and properties of pure cultures of cyanobacteria.J GenMicrobiol111，1-61)中培养14天，所述发酵罐以0.1v/v/m的速率补充空气并通过光以120μmol m-2s-1照射。测量培养微藻的细胞干重。使用50mL锥形管在25℃下将50mL培养微藻以4000rpm离心5分钟，然后除去上清以获得沉淀(具有干重为约0.1g的湿润生物质)。
<1-2>酯交换反应
将在实施例<1-1>中获得的0.1g沉淀(即湿润生物质，DCW基准)不经干燥和脂质提取步骤而添加至500mL手工制作双夹套反应器(图1)，并且随后在表1描述的条件下向其添加100mL甲醇和催化剂(NaOH，由Sigma Corporation制造)。随后将所述混合物在室温(25℃)下反应60分钟，同时以300rpm搅拌。在手工制作双夹套反应器的盖上提供冷凝器以循环水，因此使由内部和外部加热导致的反应液体损失最小化。
此外，作为湿润生物质的对照，将在实施例<1-1>中获得的沉淀冷冻干燥以完全除去水分(即，干燥步骤)，以获得干燥状态的生物质，将0.1g干燥生物质添加至500mL双夹套反应器中，之后在表1中描述的条件下向其添加100mL甲醇和催化剂。
表1
*湿润：82至85重量％的含水量
<1-3>FAME的分析
实施例<1-2>的酯交换反应后，将25mL的反应液体转移到锥形管中，向其中添加10mL提取溶剂，其中己烷和叔丁基甲基醚以体积比1∶1混合，然后从反应液体中提取FAME。向提取的FAME中进一步添加5mL4N氢氧化钠溶液以诱导FAME溶剂层的分离。从分离的上清取出1mL，使用聚四氟乙烯(PTFE)有机溶剂过滤器过滤FAME溶剂层，然后转移到GC小瓶中，之后向其中添加50μl的C17内标材料(由Fluka ChemicalCorp.制造)以制备用于FAME含量分析的测定样品。通过气相色谱(Shimadzu GC-2010，Japan)分析FAME(或生物柴油)并且使用Rt-wax柱(最大温度：250℃)和火焰电离检测器(FID，最大温度：300℃)检测。将1μl的各个样品注射到GC。检测时间设定为30分钟。使用FAME混合18918(c8-c24，Supelco，Inc)作为GC分析中峰鉴别的标准物质。通过与从标准物质获得的峰的保留时间比较来鉴别样品的各个峰，并且之后进行定量。
结果，根据表1之反应条件(生物质状态(干燥、湿润)、催化剂类型(固体、溶液)以及反应温度)的生物柴油的量显示出使用干燥生物质获得的FAME产率为30mg/g(DCW)或更低，这在所有反应条件中是最低的，并且是使用湿润生物质获得之生物柴油的最高量(在0.1g固体丸型NaOH的条件中检测到180mg/g)的约1/6(图2)。这被认为是因为干燥生物质颗粒聚集在一起使得阻止甲醇渗透入细胞，并且因此细胞中脂质组分的提取效率显著降低，脂质组分与反应催化剂(通过甲醇与氢氧化钠的键合产生的甲醇钠)的反应速率降低，因此所产生的生物柴油的量降低。
此外，当使用液相的氢氧化钠时，产生的生物柴油的量平均为79mg/g(DCW)。当使用固相催化剂时，产生的生物柴油的量平均为146mg/g(DCW)。因此，使用液相催化剂获得之生物柴油的量约为使用固相催化剂获得之生物柴油的量的一半，因此固体催化剂具有更高的效率。当使用0.1g固相催化剂时，所产生的生物柴油的量是最高的(图2)。
此外，当催化剂的量高于预先确定的水平(0.1g)时，发现产生的FAME的量降低。
<1-4>根据固体催化剂类型产生之生物柴油的量的比较
对根据固体催化剂类型产生之生物柴油的量进行比较。
具体地，将在实施例<1-1>中获得的0.1g沉淀(即，湿润生物质)添加至500mL手工制作双夹套反应器中，然后根据NaOH的类型和摩尔比(0.5g生物质/0.2g NaOH)在表2中描述的条件下向其中添加100mL甲醇和金属氧化物(CaO、MgO、SrO和Fe2O3；由Sigma Corporation制造)。随后，在室温下使混合物进行酯交换1小时，然后以类似于实施例<1-3>的方式提取生物柴油，以测量产生的生物柴油的量。
结果，当使用氢氧化钠或氧化钙作为固体催化剂时，生物柴油的量是最高的(即140mg/g(DCW)或更高)。当使用氧化镁、氧化锶或氧化铁时，所述量为100mg/g(DCW)或更低，并且效率低(图3)。
表2
供参考，在实施例<1-3>和实施例<1-4>中使用的样品培养不同的时间长度。因此，虽然其脂质含量可以根据培养生物质的不同状态而不同，并且因此转化的生物柴油的量也可以不同，但是在转化效率上没有差异。
<实施例2>用于优化酯交换的RSM(响应面方法)分析
将沉淀添加至预定量的甲醇中，搅拌下分散均匀，然后使用Minitab14进行RSM以根据催化剂的量获得原位酯交换效率(G.Vicente等：Industrial Crops and Products8(1998)29_35)(图4)。
结果，可以根据催化剂的量、生物质的量和反应温度来估计FAME的量。另外，发现在4℃至70℃的温度范围中产生的生物柴油的量不存在显著差异，因此所述反应可以在室温(即25℃)下高效地进行。此外，发现生物质之量的增加对所产生的FAME的量没有显著的作用(图4B和4D)。然而，生物柴油的量示出关于催化剂之量的模式，其中随着催化剂的量减少，FAME的产率升高。为了鉴别最佳催化条件，在RSM中使用模型的回归分析尝试中发现所述模型不适用于鉴别酯交换的最优条件。发现用于产生生物柴油的最佳条件位于实施RSM之条件的范围之外。可以从这两个结果推断原位酯交换可以无需催化剂而进行。
<实施例3>通过RSM分析根据催化剂的量来鉴别酯交换
通过RSM使用分散在甲醇中的生物质测量根据催化剂量的原位酯交换效率。
具体地，将在实施例<1-1>中获得的0.1g沉淀(湿润生物质)添加至100mL甲醇中并在搅拌下分散1小时。将均匀分散在甲醇中的生物质添加至500mL双夹套反应器中，分别向其中添加0.00g、0.01g、0.02g、0.05g、0.10g、0.20g、0.50g、1.00g、2.00g和3.00g的NaOH作为催化剂并在25℃(室温)、300rpm搅拌下进行酯交换。此外，在酯交换之后鉴别产生的FAME的类型和量。
结果，与RSM分析结果相似，催化剂的量和产生FAME的量彼此成反比。当催化剂的量为0.20g或更低时，产生相似量的FAME。特别地，当催化剂的量为0g(即，无催化剂)时，发现以高效率产生FAME(图5)。
供参考，在实施例<1-2>中，使湿润生物质、甲醇和催化剂混合并反应，并且不进行沉淀(湿润生物质)在甲醇中的分散。在实施例<3-1>中，将沉淀均匀地分散在甲醇中，随后进行反应。一般地，已知溶剂(例如甲醇，同时为反应物)在生物质中的扩散是决定湿润生物质之原位酯交换中的反应速率和效率的限速步骤。因此，当甲醇通过实施例的步骤均匀地分散在沉淀中时，迅速并高效地产生FAME而无需催化剂。
如上所述，干燥生物质颗粒聚集在一起使得阻止甲醇渗透入细胞，因此细胞中脂质组分的提取效率显著降低。然而，在本发明的情况下，由于甲醇的量相对高于湿润生物质，所以甲醇可以充分渗透入细胞。此外，甲醇分散在湿润生物质中，这有助于提取细胞中的脂质组分。
<实施例4>通过RSM分析鉴别在确定的最佳反应条件下产生的生物柴油
为了鉴别各种微生物在用于本发明产生生物柴油过程中的适用性，在通过RSM分析获得的反应条件中使用酵母生物质进行酯交换。
具体地，将解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)(由Biological ResourceCenter(BRC)，Korea提供)在120μmol m-2s-1的光照射下在2L瓶中的YM培养基中培养14天，同时以0.1v/v/m的速率供应空气。测量所培养酵母的细胞干重。使用50mL锥形管将所培养酵母培养基在4000rpm下离心5分钟，然后除去上清以获得沉淀(82重量％至85重量％的含水量)。使一部分沉淀(0.5g干重)进行酯交换，在300rpm下于室温(25℃)进行60分钟。随后，通过实施例<1-3>的方法鉴别产生的生物柴油的量。
结果，0.5g的酵母生物质转化为224.82mg/g的量的所产生FAME，其对应于每单位生物质22％或更高的转化效率(图7)。
因此，发现本发明的无需干燥和脂质提取步骤的方法可应用于微藻以及各种微生物生物质。
工业实用性
本发明的生物柴油制造方法比现有的工序简单，即便没有催化剂也有效地生产出生物柴油，因此可以用于生物柴油或基于生物柴油之副产物的制造。
Claims (15)
1.用于产生生物柴油的方法，其包括：
1)培养微生物并离心培养液以获得沉淀；
2)将步骤1)的所述沉淀添加至烷基醇并进行酯交换反应；以及
3)从步骤2)的反应产物提取脂肪酸甲酯(FAME)。
2.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其中步骤1)的所述微生物是选自以下的至少一种：微藻、酵母、细菌和真菌。
3.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其中步骤1)的所述沉淀具有80重量％至98重量％的含水量。
4.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其中以10至10000mL/1g所述沉淀干重的量添加步骤2)的所述烷基醇。
5.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其中步骤2)的所述烷基醇是甲醇或乙醇。
6.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其还包括在将步骤2)的所述沉淀添加至所述烷基醇后将所述沉淀与所述烷基醇混合以及将所述沉淀分散在烷基醇中。
7.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其还包括在步骤2)的所述酯交换反应期间向所述沉淀添加催化剂。
8.权利要求7所述的产生生物柴油的方法，其中所述催化剂是固体催化剂。
9.权利要求8所述的产生生物柴油的方法，其中所述固体催化剂是碱催化剂、金属氧化物或合金催化剂。
10.权利要求9所述的产生生物柴油的方法，其中所述碱催化剂是选自以下的至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钡、氢氧化铁、氢氧化锂、氢氧化锌、氢氧化镍、氢氧化锡、氢氧化钴、氢氧化铬、氢氧化铵、氢氧化锆、氢氧化钛、氢氧化钽、氢氧化铪、氢氧化铌和氢氧化钒。
11.权利要求9所述的产生生物柴油的方法，其中所述金属氧化物是选自以下的至少一种：氧化钙、氧化镁、氧化锶、氧化钡、氧化铁(II，III)、氧化铝、氧化铜、氧化钠、二氧化硅、氧化钛、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化铈、氧化锂、氧化银和氧化锑。
12.权利要求7所述的产生生物柴油的方法，其中以0.01至10g/1g所述沉淀干重的量添加所述催化剂。
13.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其中步骤2)的所述酯交换反应在4至60℃以及50至350rpm下进行。
14.权利要求1所述的产生生物柴油的方法，其还包括在步骤2)的所述酯交换反应后使用电磁体回收磁性金属氧化物，对所述磁性金属氧化物进行热处理以及连续地重复利用再循环的金属催化剂。
15.通过权利要求1至14中任一项所述方法产生的生物柴油的用途。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2012-0047487 | 2012-05-04 | ||
| KR20120047487 | 2012-05-04 | ||
| KR10-2013-0049934 | 2013-05-03 | ||
| PCT/KR2013/003871 WO2013165217A1 (ko) | 2012-05-04 | 2013-05-03 | 미생물을 이용한 건조과정이 없는 바이오디젤 제조방법 |
| KR1020130049934A KR101548043B1 (ko) | 2012-05-04 | 2013-05-03 | 미생물을 이용한 건조과정이 없는 바이오디젤 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103946343A true CN103946343A (zh) | 2014-07-23 |
| CN103946343B CN103946343B (zh) | 2017-04-05 |
Family
ID=49853244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201380003867.6A Expired - Fee Related CN103946343B (zh) | 2012-05-04 | 2013-05-03 | 用于使用微生物产生生物柴油而无需干燥过程的方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140323755A1 (zh) |
| KR (1) | KR101548043B1 (zh) |
| CN (1) | CN103946343B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104357213A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-18 | 华南理工大学 | 一种超声波辅助贝壳煅烧石灰的湿微藻生物柴油制取方法 |
| CN107779266A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 基于微通道反应器的含水微藻生物质直接转酯化方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3760698A1 (de) * | 2019-07-01 | 2021-01-06 | BDI Holding GmbH | Verfahren zum extrahieren von lipiden aus einer biomasse |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1699516A (zh) * | 2005-06-01 | 2005-11-23 | 清华大学 | 利用微藻油脂制备生物柴油的方法 |
| CN101657543A (zh) * | 2007-04-11 | 2010-02-24 | 诺维信公司 | 用于产生生物柴油的方法 |
| US20100112649A1 (en) * | 2008-06-04 | 2010-05-06 | Willson Bryan Dennis | Compositions, methods and uses for growth of microorganisms and production of their products |
| CN102120938A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-07-13 | 普罗米绿色能源(深圳)有限公司 | 基于原位酯交换反应的微藻生物柴油生产方法 |
| WO2011100563A2 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Utah State University | Transesterified lipid recovery and methods thereof |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104561150A (zh) * | 2008-04-09 | 2015-04-29 | 索拉兹米公司 | 微生物生物质和微生物油的直接化学修饰 |
-
2013
- 2013-05-03 KR KR1020130049934A patent/KR101548043B1/ko active IP Right Grant
- 2013-05-03 CN CN201380003867.6A patent/CN103946343B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-05-03 US US14/358,186 patent/US20140323755A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1699516A (zh) * | 2005-06-01 | 2005-11-23 | 清华大学 | 利用微藻油脂制备生物柴油的方法 |
| CN101657543A (zh) * | 2007-04-11 | 2010-02-24 | 诺维信公司 | 用于产生生物柴油的方法 |
| US20100112649A1 (en) * | 2008-06-04 | 2010-05-06 | Willson Bryan Dennis | Compositions, methods and uses for growth of microorganisms and production of their products |
| WO2011100563A2 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Utah State University | Transesterified lipid recovery and methods thereof |
| CN102120938A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-07-13 | 普罗米绿色能源(深圳)有限公司 | 基于原位酯交换反应的微藻生物柴油生产方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| M. J. GRIFFITHS ET AL.: "Selection of Direct Transesterification as the Preferred Method", 《LIPIDS》 * |
| M. J. GRIFFITHS ET AL.: "Selection of Direct Transesterification as the Preferred Method", 《LIPIDS》, vol. 45, 5 September 2010 (2010-09-05), pages 1053 - 1060 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104357213A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-18 | 华南理工大学 | 一种超声波辅助贝壳煅烧石灰的湿微藻生物柴油制取方法 |
| CN107779266A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 基于微通道反应器的含水微藻生物质直接转酯化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130124220A (ko) | 2013-11-13 |
| US20140323755A1 (en) | 2014-10-30 |
| CN103946343B (zh) | 2017-04-05 |
| KR101548043B1 (ko) | 2015-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chng et al. | Sustainable production of bioethanol using lipid-extracted biomass from Scenedesmus dimorphus | |
| Patel et al. | Valorization of brewers’ spent grain for the production of lipids by oleaginous yeast | |
| EP2636747B1 (en) | Process for preparing biodiesel with lipase and separate online dehydration | |
| Ashokkumar et al. | Potential of sustainable bioenergy production from Synechocystis sp. cultivated in wastewater at large scale–a low cost biorefinery approach | |
| CN101805672B (zh) | 一种生物柴油及其制备方法 | |
| Mitrea et al. | Biodiesel-derived glycerol obtained from renewable biomass—A suitable substrate for the growth of Candida zeylanoides yeast strain ATCC 20367 | |
| CN101619329A (zh) | 一种生物催化“一锅法”制备生物柴油的工艺方法 | |
| CN102597199B (zh) | 制备麻疯树油甲酯和副产物的综合方法 | |
| CN101591574B (zh) | 一种氧化锆固体碱催化剂制备生物柴油的方法 | |
| CN105925628B (zh) | 酶法生产生物柴油和多元不饱和脂肪酸酯富集的耦合工艺 | |
| WO2016074409A1 (zh) | 微藻全组分利用制备车用生物燃油、生物气及肥料的方法 | |
| Özçimen et al. | Bioethanol production from microalgae | |
| Abdulla et al. | Microalgae chlorella as a sustainable feedstock for bioethanol production | |
| CN105420298B (zh) | 酶促油脂制备生物柴油过程中的在线脱水和降酸工艺 | |
| CN103946343A (zh) | 用于使用微生物产生生物柴油而无需干燥过程的方法 | |
| CN103789365B (zh) | 回收轻油生产微生物油脂的方法 | |
| Das et al. | Waste utilization and biodiesel production from Desmodesmus maximus grown in swine wastewater using waste eggshells as a catalyst | |
| Wang et al. | Insights into differences between spore-assisted and pellet-assisted microalgae harvesting using a highly efficient fungus: Efficiency, high-value substances, and mechanisms | |
| Yu et al. | Role of sufficient phosphorus in biodiesel production from diatom Phaeodactylum tricornutum | |
| Kabir et al. | Comparative study on the usability of lignocellulosic and algal biomass for production of alcoholic fuels | |
| Chandrasekhar et al. | Algae: the reservoir of bioethanol | |
| Srinivasan et al. | Algal biomass for biofuels and bioproducts | |
| US20120065416A1 (en) | Methods for Production of Biodiesel | |
| Wen et al. | Lipid production for biofuels from effluent-based culture by heterotrophic Chlorella protothecoides | |
| Shweta et al. | Biomass Resources and Biofuel Technologies: A Focus on Indian Development |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170405 Termination date: 20200503 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |