当前世界环境gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

藻类(宏观和微观)已被认为是一种可用于能源目的的剩余生物质。藻类，特别是微藻，是能够满足全球运输燃料需求的可再生生物柴油的唯一来源。gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba利用藻类作为燃料来源的想法现在正受到重视，因为石油价格不断上涨，更重要的是，人们越来越担心与燃烧化石燃料有关的全球变暖。gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba

本研究旨在利用两种不同的萃取溶剂体系对微藻进行油脂萃取，以获得最佳的萃取效果。生物柴油是由母体油或脂肪与醇(通常是甲醇)在催化剂(通常是强碱，如氢氧化钠或氢氧化钾)或越来越多的醇氧化物、酸和酶)的存在下进行反式酯化而生产的。因此，所得产品不仅可以包含所需的烷基酯产品，还可以包含未到达的起始材料(TAG)、残余醇和残余催化剂。甘油作为副产物形成并在生产过程中从生物柴油中分离出来，然而，在最终的生物柴油产品中可以找到其痕迹。由于酯交换反应是一个循序渐进的过程，因此在生物柴油中也可以发现作为中间体形成的MAG和DAG。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba

随着人们对生物柴油的兴趣和使用日益增加，保证生物柴油的性能和质量已成为生物柴油成功商业化和市场接受的首要问题。因此，包括美国在内的世界多个国家和地区已经建立或正在制定生物柴油标准。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba欧洲(EN 14214)、巴西、南非、澳大利亚等地。gydF4y2Ba^6gydF4y2BaASTM D 6751和EN 14214是常用的标准，作为其他标准及其分析的参考或基础。gydF4y2Ba

材料与方法gydF4y2Ba

微藻(gydF4y2Ba小球藻spgydF4y2Ba)，它是从当地可获得的资源中培育出来的，这些资源是为研究而培育的。研究方法包括对微藻生物柴油的特性分析和结果数据分析。gydF4y2Ba

实验设计gydF4y2Ba

试验计划采用完全随机设计(C.R.D.)。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba采用三种不同的酯交换催化剂、两种不同的温度和两种不同的溶剂提油方法，确定了最适宜的提油方法。处理的细节和参数如下。gydF4y2Ba

1.实验年份/季节:2013-2014年gydF4y2Ba
2.作物:藻类,gydF4y2Ba小球藻Sp。gydF4y2Ba

实验设计:C.R.D.gydF4y2Ba

第一个因素:酯交换催化剂gydF4y2Ba

(a)碱催化剂gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba):氢氧化钠(NaOH)gydF4y2Ba

(b)酸性催化剂(CgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba):硫酸(HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba所以gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba）gydF4y2Ba

(c)生物催化剂gydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba):脂肪酶gydF4y2Ba

第二个因素:酯交换反应的温度gydF4y2Ba

(一)50gydF4y2Ba^°gydF4y2BaC (T)gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba

(b) 60gydF4y2Ba^°gydF4y2BaC (T)gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba）gydF4y2Ba

第三个因素:榨油用溶剂gydF4y2Ba

(a)氯仿/甲醇(SgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba

(b)己烷/乙醚(SgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba）gydF4y2Ba

总治疗组合:6个，每次治疗观察(性质)总数为8个，重复3次。gydF4y2Ba

因变量gydF4y2Ba

(a)生物柴油的数量gydF4y2Ba

(b)生物柴油的质量gydF4y2Ba

对溶剂法对油脂回收的影响以及催化剂和温度对生物柴油回收的影响进行了统计分析。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba

藻油的提取方法gydF4y2Ba

采用氯仿-甲醇(2:1,v/v)法，取干藻10 g，与氯仿-甲醇(100 ml, 2:1, v/v)混合20 min，用摇床搅拌，加入氯仿/水(50 ml, 1:1, v/v)混合物10 min，然后过滤。正己烷-醚(1:1,v/v)法:将10 g干藻与正己烷-醚(100 ml, 1:1, v/v)混合;静置24小时gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba然后过滤。gydF4y2Ba

酯交换和生物柴油生产gydF4y2Ba

在此方法中，油与甲醇的比例为1:5，三种催化剂的用量均为油质量比的1%。反应在两种不同的温度下开始，可能是50gydF4y2Ba^°gydF4y2BaC和60gydF4y2Ba^°gydF4y2BaC.反应发生后，用分离漏斗重力法分离生物柴油和甘油。对生产的生物柴油进行了不同的性能测试，如下所示:gydF4y2Ba

生物柴油分析gydF4y2Ba

采用以下方法测定了藻类生物柴油的燃料性能。gydF4y2Ba

水分含量%gydF4y2Ba

根据ASTM D2709，提取的生物柴油的水分含量是通过使用热风炉干燥法计算样品的重量损失来确定的。gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba

W1 =生物柴油的初始重量gydF4y2Ba

W2=生物柴油干燥后的最终重量gydF4y2Ba

残碳%gydF4y2Ba

根据ASTM D4530，测定了碳渣含量的百分比。将10g生物柴油放入玻璃小瓶中，在惰性(氮气)气氛下受控加热至500°C 1小时。计算原始样品或10%蒸馏底部的质量%碳残留物如下:gydF4y2Ba

剩余百分比计算如下:gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba=碳渣，ggydF4y2Ba

WgydF4y2Ba=所用样本，ggydF4y2Ba

热值gydF4y2Ba

用Bomb量热计(ASTM D240)测定生物柴油的热值。以已知热值H = 6319 cal/g的苯甲酸为标准样品，进行实验得到量热计的水当量W。W的值将使用以下公式计算。gydF4y2Ba

然后，用下式进行单独实验，得到生物质的热值，由上式得到水当量W。gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba

E1=镍铬合金丝的校正量，cal=丝的重量，g x热值，335cal/ggydF4y2Ba

E2=棉线校正量，cal=棉线重量，g ×热值4180 cal/ggydF4y2Ba

比重gydF4y2Ba

根据ASTM D4530，生物柴油的比重由下式确定。gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba

A =含油30的比重瓶的重量(克)gydF4y2Ba^°gydF4y2BaCgydF4y2Ba

B = 30时比重瓶的重量(克)gydF4y2Ba^°gydF4y2BaCgydF4y2Ba

C =装30℃水的比重瓶的重量(克)gydF4y2Ba^°gydF4y2BaCgydF4y2Ba

酸值gydF4y2Ba

根据ASTM D664，生物柴油的酸值由下式确定。gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba

V =标准钾/氢氧化钠的体积(ml)gydF4y2Ba

N =氢氧化钾/钠溶液的正态度gydF4y2Ba

W =样品的重量ggydF4y2Ba

闪点gydF4y2Ba

根据ASTM D93，生物柴油闪点采用Pensky Marten(闭杯)法测定。gydF4y2Ba

液体粘度测量gydF4y2Ba

根据ASTM D445，测定了生物柴油的粘度。允许已知密度的液体流过毛细管，保持分支的相同水平差异，控制流动的时间方程得出如下关系:gydF4y2Ba

在那里,hgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和hgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分别为液体和水的粘度系数。dgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和dgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分别为液体和水的密度。知道了一种液体的粘度值，就可以计算出其他液体的粘度。gydF4y2Ba

15°C时的密度gydF4y2Ba

根据ASTM D4052，测定生物柴油的比重。生物柴油的密度由下式确定。gydF4y2Ba

生物柴油的密度=gydF4y2BaW / VgydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba

W= 15时生物柴油的重量gydF4y2Ba^°gydF4y2BaCgydF4y2Ba

V =体积计瓶在15时的体积(ml)gydF4y2Ba^°gydF4y2BaCgydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

微藻生产gydF4y2Ba

最初在开放条件下，将20升水放入200点燃的容量罐中，其中加入先前制备的培养物(4点燃)和培养基。整个体系保存25 d，供小球藻生长。产藻速度为1.5 g/lit/d。生产数据如表1所示。gydF4y2Ba

表1:微藻生产实践gydF4y2Ba

天数gydF4y2Ba	培养产量;gydF4y2Ba升gydF4y2Ba	介质数量;gydF4y2BaggydF4y2Ba	生产湿生物质，如gydF4y2Ba	微藻(干粉)产量gydF4y2BaggydF4y2Ba
0-25gydF4y2Ba	20.gydF4y2Ba	12.5gydF4y2Ba	157gydF4y2Ba	36gydF4y2Ba
26-40gydF4y2Ba	60gydF4y2Ba	25gydF4y2Ba	718gydF4y2Ba	158gydF4y2Ba
41-55gydF4y2Ba	80gydF4y2Ba	37.5gydF4y2Ba	1421gydF4y2Ba	341gydF4y2Ba
56 - 70gydF4y2Ba	One hundred.gydF4y2Ba	50gydF4y2Ba	2020gydF4y2Ba	505gydF4y2Ba
71 - 85gydF4y2Ba	120gydF4y2Ba	62.5gydF4y2Ba	2741gydF4y2Ba	603gydF4y2Ba
86 - 100gydF4y2Ba	140gydF4y2Ba	75gydF4y2Ba	3091gydF4y2Ba	711gydF4y2Ba
101 - 115gydF4y2Ba	160gydF4y2Ba	87.5gydF4y2Ba	3317gydF4y2Ba	796gydF4y2Ba
116 - 130gydF4y2Ba	180gydF4y2Ba	One hundred.gydF4y2Ba	4114gydF4y2Ba	905gydF4y2Ba
131 - 145gydF4y2Ba	200gydF4y2Ba	112.5gydF4y2Ba	3879gydF4y2Ba	1125gydF4y2Ba
146 - 160gydF4y2Ba	220gydF4y2Ba	125gydF4y2Ba	5041gydF4y2Ba	1210gydF4y2Ba
总生产力gydF4y2Ba			26499gydF4y2Ba	6390gydF4y2Ba

图1:gydF4y2Ba微藻的显微照片gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

图2:gydF4y2Ba纯微藻培养物(gydF4y2Ba小球藻spgydF4y2Ba。）gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

藻类生物柴油的质量分析gydF4y2Ba

与以往的研究不同，本研究还评估了两个独立变量:催化剂类型、反应温度。采用三种催化剂:碱催化剂、酸催化剂和酶催化剂;反应温度分为两级:50℃gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC和60gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC.为了确定结果的一致性和评估实验误差，所有的实验组合都进行了三次。统计数据见表2，不同方法制备藻类生物柴油的性能比较见表3。gydF4y2Ba

图3:不同处理的生物柴油样品gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

表2:反应温度(T)和催化剂的影响gydF4y2Ba (C)微藻生物柴油的燃料特性gydF4y2Ba 点击这里查看表格gydF4y2Ba

表3:不同工艺条件下生物柴油的特性gydF4y2Ba 点击这里查看表格gydF4y2Ba

生物柴油分析gydF4y2Ba

温度(T)和催化剂类型(C)对生物柴油不同性能的影响gydF4y2Ba

催化剂类型和温度对生物柴油不同性能影响的评价数据见表3。随着催化剂类型的不同，催化剂的含水率、残碳量、热值、比重、酸值、闪点、粘度和密度等性能均有显著变化。热值、比重、酸值、闪点、粘度和密度随温度变化而变化。并且发现催化剂与温度(C x T)的相互作用对残炭的综合影响显著，而热值、比重、酸值、闪点、黏度和密度随温度变化显著，而残碳量和水分含量随温度变化不显著，催化剂与温度(C x T)相互作用对水分含量的综合影响不显著，见表2。gydF4y2Ba

不同生物柴油性能与生物柴油不同处理组合之间的关系如图4所示。gydF4y2Ba

图4:gydF4y2Ba温度(T)和催化剂的影响gydF4y2Ba 类型(C)对生物柴油不同性能的影响gydF4y2Ba 点击此处查看图gydF4y2Ba

藻类生物柴油生产工艺开发gydF4y2Ba

针对微藻生物柴油的工艺发展，综述了影响微藻生物柴油生产的各种反应参数和其他因素。从以上讨论中可以看出，影响微藻生物柴油生产的反应参数有温度、催化剂浓度、物理性质和组成、反应物纯度、混合强度、使用的催化剂类型和其他因素，其中包括原料中含有的游离脂肪酸(FFA)和水分水平。本实验研究了催化剂类型、温度和酯交换工艺对微藻生产生物柴油的影响。结果表明，碱催化酯交换工艺适合微藻生产生物柴油，因为该工艺组合的生物柴油产量最高，燃料性能符合ASTM标准。gydF4y2Ba

因此，表3描述了这两种方法得到的结果，并将生物柴油的不同性能值与ASTM标准进行了比较。gydF4y2Ba

总结与结语gydF4y2Ba

为了开发以微藻为原料生产生物柴油的工艺，对微藻油进行了酯交换反应。为此，采用了三种不同的酯交换工艺，采用了三种不同的催化剂、两种不同的温度水平和两种不同的萃取方法。gydF4y2Ba

研究结果表明，碱催化法的生物柴油收率可达92%。进一步分析该样品的各种燃料特性，如水分含量、碳渣、热值、比重、闪点、酸值、粘度和密度。这些性能与ASTM D 6751标准进行了比较。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

为了开发以微藻为原料生产生物柴油的工艺，对微藻油进行了酯交换反应。为此，采用了三种不同的酯交换工艺，采用了三种不同的催化剂、两种不同的温度水平和两种不同的萃取方法。研究结果表明，碱催化法的生物柴油收率可达92%。进一步分析该样品的各种燃料特性，如水分含量、碳渣、热值、比重、闪点、酸值、粘度和密度。这些性能与ASTM D 6751标准进行了比较。在微藻生物柴油的工艺开发过程中，得出了以下主要结论:gydF4y2Ba

1.小球藻作为一种微藻被用于生物柴油的生产，因为它在淡水中很容易获得。它也有很高的油分取决于栽培方法。gydF4y2Ba
2.对制备的生物柴油进行了水分、残炭、热值、比重、酸值、闪点、粘度、密度、粘度等燃料性能分析，其数值分别为0.01%、0.04%、40.41 MJ/kg、0.83、0.23 mgKOH/g、143.67℃、5.16 mm2 /s、0.83 g/cm3。所有性能均接近ASTM D 6751标准的标准值。gydF4y2Ba
3.在生产生物柴油的工艺开发中，碱催化工艺在60°C温度和0.56% NaOH条件下的产率最高，达到92%。gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba

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