CN110016375A - 一种藻类生物质燃料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种藻类生物质燃料及其制备方法和应用，所述的生物质燃料包括藻类、辅料和粘结剂，所述的藻类和辅料的质量比为1:0.67～1:3，所述的粘结剂占总质量的5～10％。通过将待处理的藻浆与辅料以一定的比例均匀混合；造粒，利用造粒机器得到条形圆柱的定型物料；干燥，利用太阳能将造粒得到的物料晒干。本发明可以回收藻类生物质用于鱼类饲料加工等其他方面。本发明可实现藻类生物质快速、高效规模化处理，可有效解决蓝藻频发的自然水体中蓝藻堆积和生物质回收利等环境问题。

Description

一种藻类生物质燃料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物燃料及资源化利用技术领域，具体涉及一种藻类生物质燃料及其制备方法和应用。

背景技术

研究表明，在我国，水体富营养化程度日益严重，水华频繁爆发，面积逐年扩大，持续时间逐年加长，导致水生生物多样性降低、水体水质严重下降等诸多危害，严重影响我国的生态环境及其可持续发展。

通过多年的研究及一线工作经验，我国在处理蓝藻爆发方面有一些较为有效的方法，如利用机械打捞的方式得到大量的藻浆，再通过藻水分离工艺得到更浓的藻浆或者藻泥。但是这部分藻泥难以得到及时有效的处理，有的采用就近堆积的方式，很容易造成二次污染；有的采用垃圾运输车及时送到垃圾场处理，这些都可能造成二次环境问题，同时也造成部分生物质未得到有效利用。为形成完整的工艺流程，需要后端藻泥快速高效处理及回收利用生物质的方法，从而较好地解决这个问题。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质燃料及其制备方法，以及该制备方法在藻类资源化处理中的应用，可有效的解决藻类大量生物质及藻类生物质资源化利用的问题，改善现有生物质含水量高的问题。

为了实现本发明的上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种藻类生物质燃料，包括藻类、辅料和粘结剂，所述的藻类和辅料的质量比为1:0.67～1:3，所述的粘结剂占总质量的5～10％。

所述的藻类为微藻、黄藻、硅藻、甲藻、绿藻、褐藻中的一种或几种，优选的，所述的藻类为为微藻、硅藻、褐藻中的一种或几种。

所述的辅料选自面粉、玉米粉、玉米芯粉或麸皮中之一种或几种。

所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠。

本发明的另一目的在于提供一种藻类生物质燃料的制备方法，具体包括以下步骤：

1)分别将收集的藻类和辅料进行粉碎处理，晾晒；

2)将处理过的藻类和辅料按照比例充分混合均匀，利用造粒机造粒；

3)将获得的生物质颗粒与粘结剂混合并进行加压定型，制得定型料；

4)采用太阳能干燥技术对所得定型料进行干燥，即得生物质燃料。

进一步，所述的步骤(1)中晾晒至藻类和辅料的含水量为30％～60％。

进一步，所述的定型料为条状圆柱形。

进一步，所述的干燥条件为：65～105℃，0.3～1h。

本发明的另一个目的在于提供上述利用藻类制备生物质燃料的方法在藻类资源化处理中的应用，其具体处理同藻类生物质燃料的制备方法。

本发明的有益效果为：

1)干燥速度快，成本低，定型物料的干燥比表面积大，物料间的空隙也大，利于传热，从而提高了干燥效率；

2)能耗少，由于烘箱的干燥温度较低，物料的比表面积大，物料间的空隙大，干燥效率更快，所需能耗少，节约一定的经济成本；

3)物料成分基本不变，通过本发明干燥后的物料，其基本成分如糖、蛋白、脂肪等含量不变，可用于后期的资源化利用，从而构成循环经济，可持续发展；

4)节约干燥时间与干燥空间。

附图说明

图1是本发明藻类生物质燃料制备的流程工艺图。

具体实施方式

下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在基于对藻类资源化处理的基础上，本发明提供了一种利用藻类制备生物质燃料的方法，通过调整辅料的种类、辅料与藻类生物质的混合比例、定型料的尺寸与干燥温度，可获得一种更经济更实用的用于生物质干燥及资源化利用的方法。其工艺流程如图1所示，具体通过以下步骤完成：

1)分别将收集的藻类和辅料置于进行粉碎处理，晾晒至含水量为30％～60％。

辅料选自面粉、玉米粉、玉米芯粉或麸皮中之一种或几种。

面粉的化学成分有蛋白质、碳水化合物、灰分、酶、水分、脂肪和维生素等，面粉的主要成分是蛋白质和淀粉。蛋白质含量直接影响面粉的吸水率和抗拉伸强度。面粉与水充分混合后，蛋白质吸水膨胀形成面筋，面筋相互粘连，以细密均匀的网络包裹着松散的淀粉，最终可以形成可塑性和有弹性的物料。因而面粉中的蛋白质含量是影响物料成型质量的主要因素。

玉米芯是玉米棒脱粒后的棒芯。具有以下特性：

①磨擦性：可用来擦拭、磨光、干燥金属或塑料、玻璃等制品。

②吸附性：可吸收四倍于它自重的液体，是一种很有发展的活性碳资源。它用于湿的有水的运动场地的吸收、干燥、原子核废料及化学废料的吸收，大面积水域表面油污的清理。

③无毒性：用于饲料工业维生素、调味品的载体。

④化学稳定性：它是一种极好医药、化工载体。

⑤硬而富有弹性、坚固耐用性，如橡胶、轮胎工业。

⑥生物可降解性：对环境不造成污染。

由于玉米芯粉同时具有上述综合特点，可用它从废水中提取重金属，可用它防止热的薄钢片粘在一起；可用于纸板、水泥板、水泥砖制作，可用它做胶水或浆糊的填充剂；可用做包装材料、火药的制造；可用做橡胶助剂，制造轮胎时加入它，可增加轮胎与地面间的磨擦力，达到增大牵引力的效果，延长轮胎使用寿命；可用于干洗业，用它处理过的皮毛既干净又美观。

麦麸含有丰富的营养成分，除含有丰富的膳食纤维外，还含有蛋白质、矿物质、维生素等。小麦麸皮是优质活性膳食纤维的重要来源之一，而膳食纤维被称为人体的第七大营养素。其化学组成特性是含有很多亲水基团，所以有很高的持水能力，大致是自身重量的1.5～25倍。

玉米淀粉是白色微带淡黄色的微末、无臭无味，大多为球形和多角形，颗粒相对较大。淀粉作为重要的原辅料和食品添加剂，广泛应用于食品加工中的各个领域。其性能：

①吸湿性强，最高能达到30％以上；

②加压或加热均可以使玉米淀粉糊化；

③玉米淀粉煮冷却后，若浓度超过3.5％就形成软的凝胶，若浓度达到6％变成弹性系数极大的凝胶；

④玉米淀粉糊度比其他淀粉小，因而经常被用作浆剂，粘结剂和各种增稠剂。

2)将处理过的藻类和辅料按照比例充分混合均匀，利用造粒机造粒。

其中，在所述造粒之后和定型之前，还包括：将所述生物质与辅料充分混合至含水量为30％～60％(重量百分比)。

对生物质颗粒进行干燥以降低其含水率，利于将生物质制作定型水分含量过高，在成型时生物质体积大，生物质颗粒之间的接触面积小，成型牢固程度低，并且后期干燥时，水分的去除导致其体积变化大，容易松散、破裂。水分含量过低，则使得生物质颗粒之间的范德华力降低，生物质颗粒相互连接不牢固，不利于成型。

3)将获得的生物质颗粒与粘结剂混合并进行加压定型，制得定型料。

其中，将生物质藻浆与辅料按照质量比1:0.67～1:3充分混合，得到均一的混合物料(适情况加入5％～10％的粘结剂)。

定型料是造粒机通过挤压成型制作而成，挤压成型使得生物质颗粒紧密结合，形成致密的定型料。该定型料具有稳定的几何形状，保持较好的结构强度，方便于运输、储存。

挤压成型可以在一定程度上将生物质颗粒间的空气赶出，在一定程度上提高定型料的致密度。此外，将少量被挤压出的水分去除，降低孔隙间的水分生，具有一定的流动性和粘性，降低挤压设备的功耗，同时还使得生物质颗粒之间的凝聚更牢固。

定型时加入粘结剂，所述定型料中含有5～10％(重量百分比)的粘结剂。通过添加粘结剂可以提高生物质颗粒堆积的紧密和牢固性，从而改善定型料的机械强度和防水等性能。粘结剂含量过高使得产品中有益物质含量降低，对于用作生物质燃料的物料，将使得其单位产热量降低而不利于使用：粘结剂含量过低，对生物质颗粒的粘结作用弱，定型料容易发生破碎。

粘结剂为羧甲基纤维素钠。羧甲基纤维素是天然纤维素经碱化反应和醚化反应改性得到的一种具有羧甲基结构的纤维素醚衍生物，分子链上的羧基可以成盐,而具有实用价值的通常是其钠盐，即羧甲基纤维素钠(Na-CMC)，所以习惯上CMC就是指羧甲基纤维素钠。CMC的水溶液具有良好的粘合、增稠、增强、乳化、保水、悬浮等作用，因此广泛的应用于石油、食品、纺织、印染、造纸、化妆品、医药等行业。由于亲水基团羧甲基的存在使得CMC非常容易于水结合，在氢键和范德华力的作用下刚分子聚合物相互交错形成网状结构，从而可以与大量的水形成水凝胶。生物质原料的成型过程中，CMC可以减小生物质颗粒之间的排斥作用，使得生物质颗粒之间结合更牢固，更抗摔。

4)采用太阳能干燥技术对所得定型料进行干燥，即得生物质燃料。

现有的生物质燃料产生过程中通常采用滚筒、锅炉来进行干燥，将生物质放入滚筒中通过电阻丝等间接加热方式来干燥生物质，即先加热滚筒，然后通过高温滚筒的热辐射对生物质加热，最后将干燥后的生物质制作为颗粒、成型。但是，现有的加热方式往往存在加热不充分，加热不均匀的问题，滚筒受热不均难以同时加热大量的生物质，从而生物质的干燥效率大大下降。此外，滚筒加热存在热损耗、传热速度慢的问题，从而导致热量的浪费。生物质的干燥效果差、含水率高，导致制作的生物质燃料不容易点燃，燃烧效率低。

本实施例提供了一种通过辅料掺混加快藻类生物质干燥及资源化处理的方法，包括以下步骤(以掺混玉米芯粉为例)：

将含水率90％以上的太湖藻水分离站的微囊藻藻浆同玉米芯粉以一定的质量比比例(即1份质量的太湖微囊藻藻浆与0.67份质量的玉米芯粉)混合，同时加入10％的粘结剂CMC，在搅拌机的作用下搅拌混合30分钟。

将搅拌好的混合物料送入造粒机，用造粒机器得到不同尺寸的定型物料，圆柱形定型物料的直径分别是2.7mm，7mm，11mm。然后将该定型物料放于烘箱中干燥，干燥温度分别设置为65℃，85℃，105℃。

表1掺混藻类及干燥前后混合物料的含水率、蛋白质和糖含量

如表1所示，通过烘箱干燥30min后，定型物料的含水率低于10％。干燥前后物料的蛋白质和糖成分基本不变，可用于后期鱼饲料开发和其他资源化利用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种藻类生物质燃料，其特征在于，包括藻类、辅料和粘结剂，所述的藻类和辅料的质量比为1:0.67～1:3，所述的粘结剂占总质量的5～10％。

2.根据权利要求1所述的一种藻类生物质燃料，其特征在于，所述的藻类为为微藻、硅藻、褐藻中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种藻类生物质燃料，其特征在于，所述的辅料选自面粉、玉米粉、玉米芯粉或麸皮中之一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种藻类生物质燃料，其特征在于，所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠。

5.权利要求1所述的藻类生物质燃料的制备方法，其特征在于，

1)分别将收集的藻类和辅料置于进行粉碎处理，晾晒；

2)将处理过的藻类和辅料按照比例充分混合均匀，利用造粒机造粒；

3)将获得的生物质颗粒与粘结剂混合并进行加压定型，制得定型料；

4)采用太阳能干燥技术对所得定型料进行干燥，即得生物质燃料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中晾晒至藻类和辅料的含水量为30％～60％。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的定型料为条状圆柱形。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的干燥条件为：太阳能干燥，30～60℃，2.5～5小时。

9.权利要求5所述的制备方法在藻类资源化处理中的应用。