[发明专利]一种直接水解-酯化湿微藻制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物柴油制备领域，具体涉及一种直接水解-酯化湿微藻制备生物柴油的方法。

背景技术

随着经济的高速发展，化石能源的需求越来越大，而化石能源却是不可再生的资源，其储量有限。目前，中国石油依赖进口量持续增加，石油对外依存度不断加大，对中国的能源安全造成了威胁。如今，能源短缺已经成为制约我国经济发展的“瓶颈”，所以使用生物质能源来代替化石能源的研究已经迫在眉睫，成为了一种趋势。

生物质柴油的主要原料为动植物的油脂,主要通过油脂与低级醇进行的脂交换反应制得。在脂肪酸脂中含有甘油、单甘脂、二甘油脂等副产品,通过分离即可得到生物柴油。主要生产生物质柴油得方法有：酯交换法、超临界法和生物酶法等。

通常制备生物质柴油的原料有：秸秆、棕榈、粮食和微藻类等。相对于其他原料而言，微藻类因具有生长率高，适应性强(即使在极其艰苦的条件下仍然可以生长)，并且不会与其他产品竞争，占用土地面积少，产油量高的优点，因而被认为是制备生物质柴油的很有前景的原料。

目前，使用微藻制备生物质柴油主要有两种方法：从脂肪如甘油三酯，游离脂肪酸等产生脂肪酸甲酯，其中一种来自于脂质的有机溶剂提取，然后进行酯交换反应；另一种来自于微藻生物质的直接酯交换反应。前者的主要缺点是使用有机溶剂会增加成本，而直接酯交换反应由于不使用有机溶剂，且在生产过程中可以大大减少生产所需要的能量，因此直接酯交换反应被认为是很有前景的生物柴油生产过程。

直接酯化反应通常所用到的催化剂有酸性催化剂与碱性催化剂，其中酸性催化剂更多的用于直接酯化反应中，因为使用碱性催化剂会使产物形成脂肪酸盐，而酸性催化剂形成的是脂肪酸酯类物质，不需要再进一步转化。

然而，酸性催化剂也有它的缺点。Haas and Wagner等人^[1]直接使用酸作为催化剂的直接脂交换反应制备生物质柴油方法，发现反应会受到水的抑制作用，反应速率变慢，从而降低了反应的产量。

Kusdiana and Saka^[2-3]在超临界条件下将藻油直接转化为生物质柴油。通过实验，他们发现在超临界条件下，反应不受到水的抑制作用，并且这个方法不使用催化剂，反应时间短，操作简单。但是超临界的实验条件苛刻，使用经费高，并且存在安全问题，故而不能大力推广。

因此，在我们的研究中详细的研究水解效果，用以酸作为催化剂，以甲醇酯化，以减少高含水量(70-90％)的抑制作用，同时进行水解--酯化反应探索一个新的过程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种直接水解-酯化湿微藻制备生物柴油的方法。

本发明的技术方案:一种直接水解-酯化湿微藻制备生物柴油的方法，以油脂为原料，以酸作为催化剂，该方法包括如下步骤：

1)、添加蒸馏水至干藻粉中，使湿藻粉含水量达到70-90％；

2)、取上述步骤1)中湿藻粉，加入含有酸性催化剂的甲醇溶液2-4ml于试管中，用PTFE内衬螺丝帽密封，在120-140℃进行反应；

3)、待上述步骤2)反应结束后，加入己烷至试管中，搅拌使其充分混合得到混合液；

4)、将上述步骤3)中混合液在离心机中离心分层，取上层溶液。

所述步骤1)中湿藻粉含水量优选80％。

所述步骤2)中酸性催化剂为硫酸或盐酸中任一种。

所述硫酸体积与干藻粉质量比(ml/kg)优选为300。

所述步骤2)中甲醇溶液中酸性催化剂含量为2％。

所述步骤2)中反应时间优选为6h。

所述步骤2)中甲醇体积与湿藻重量比(ml/kg)范围取1.33-2.67。

所述步骤3)中己烷加入量为3ml。

所述步骤4)中离心机转速为3000rpm，离心5min。

与现有技术相比，本发明具有的优点：

(1)、本发明采用的是酸作为催化剂，以甲醇酯化，由于甲醇具有抑制水对反应的抑制作用，进行的直接水解—酯化反应，反应结束后，使用己烷提取产物，并使用气相色谱检测产物的产率，通过实验发现，在相同的水含量下，水解-酯化反应比直接酯化反应的产量提高了181.7％，因此本发明的方法有效的克服了高水含量的抑制作用。

(2)、该方法与直接酯化反应相比，反应产率高，且在实验过程中没有使用有机溶剂，有效的降低了生产成本。

附图说明