[发明专利]氧化态金属化合物水热氧化微藻制备乙酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程技术和废物资源化技术领域，具体是一种氧化态金属化合物水热氧化微藻制备乙酸的方法。 

背景技术

全球能源需求不断扩大，寻求可以替代石油在能源结构中占主导地位的可再生清洁能源是目前普遍关注的热点。生物作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源而受到广泛关注。其中藻类相比其他传统陆生植物，不仅具有环境适应能力强、生物产量高而且光合作用效率高、生长周期短、不占用农作物土地等特点，是制备其他生物能源的良好原材料，所以微藻在太阳能利用和二氧化碳固定转化中受到广泛的关注。最近研究的微藻转化利用方法包括水热化学转化、生物化学转化和生物柴油转化，其中无氧高温热解法转化所得生物油具有酸性、不稳定、具有粘性、含有固体颗粒和化学溶剂等不足；生物化学制氢法光合效率不高，产氢系统不稳定，氢气收率不高；微藻制生物柴油法则需筛选含油脂高的藻种，酯交换法成本较高，储存过程容易被氧化，剩余残渣需处理：所以寻求一种微藻向高附加值有机物转化的有效途径是势在必行。 

水热反应从某种角度可以看成是这化石资源自然形成过程的人工模拟加速过程。水热反应（hydrothermal reaction）科学上广泛定义为在高温高压水（一般温度为150～600℃,压力为2～50MPa）中进行的反应。根据水的临界温度（374℃，22MPa），又可分为超临界水反应（supercritical water reaction）和亚临界水热反应（subcritical water reaction）。当反应温度在超临界温度以上的时称为超临界水热反应，当体系温度处于150～374℃，压力0.4～22.1MPa时的反应称为亚临界反应。与普通水相比，高温高压水的介电常数降低，分子间的氢键减弱，等温可压缩性提高，离子常数（K_w）比常温水几乎增加了1000倍。高温水中H⁺和OH^－离子浓度增加，使一些酸碱催化反应在无酸碱催化剂的情况下也能顺利进行。因此，利用高温高压水的这些特性，可望用廉价的氧化态金属化合物在水热条件下将微藻氧化成为 乙酸等有机物，实现高效低耗转化有机资源。 

在我们之前的研究中，已成功发现利用生物质（葡萄糖、木质素、淀粉等）水热还原产甲酸、乙酸、丙酸、乳酸等技术，它有效地实现了生物质的能源化和资源化，对于从技术上实现生物质资源化，解决温室效应和能源问题已经是一个重大突破。然而，该技术所得的乙酸产量不高，仅9%，如何在现有的技术基础上实现微藻的高效转化是我们致力于研究的一个极其重要方向。 

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种氧化态金属化合物水热氧化微藻制备乙酸的方法，本发明采用为氧化态金属化合物为氧化剂，其中尤CuO的氧化效果最为显著，铜作为ⅠB族元素，其价电子构型为3d104s1，它的还原态表现有+1、+2，铜系化合物的化学性质也是多种多样的。因此，本发明中首先采CuO，在水热条件下，高效氧化微藻产乙酸，使得乙酸产量大大提高，最高达30%以上，选择性好。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

本发明提供一种一种氧化态金属化合物水热氧化微藻制备乙酸的方法，所述方法包括如下步骤： 

将氧化态金属化合物、微藻粉末输入水热反应器中，在碱性条件下进行水热氧化反应，即可得产物乙酸。 

优选地，所述氧化态金属化合物与微藻粉末（根据元素分析仪的结果假定微藻相对分子量为100）的摩尔比为（0.5～4）：1。 

优选地，所述碱性条件为：在NaOH、KOH、Ca(OH)₂、RbOH、CsOH或Ba(OH)₂溶液存在的条件下，碱性溶液的浓度为1～4mol/L。 

优选地，所述水热氧化反应的温度为250～325℃，反应压力为5～20Mpa，反应时间为0.5～4h，填充率为20～60%。 

优选地，所述氧化态金属化合物包括金属盐为MxSy、金属氧化物MxOy、氢氧化物M(OH)_X，其中MxSy中M为Cu、Ni、Fe、Ti、Zn、Mn或Mg，金属离子S为NO₃^-、SO₄^2-或Cl^-，金属氧化物MxOy中M为Cu、Ni、Fe、Ti、Zn、Mn或Mg，氢氧化物M(OH)_X中M为Cu、Ni、Fe、Ti、Zn、Mn或Mg。