[发明专利]基于盐酸催化水解-酯化反应利用湿微藻直接制备生物柴油的方法

说明书

本发明公开一种基于盐酸催化水解‑酯化反应利用湿微藻直接制备生物柴油的方法，首先微藻粉在80℃下干燥2h后存于‑20℃冰箱中备用，制备含水率80％的湿微藻；将湿微藻放入离心管中，并加入300±50ml/kg干藻粉的36％浓盐酸催化剂，并加入4ml甲醇溶液后混匀；放入120±10℃烘箱中进行水解‑酯化反应，持续6±1h；加入己烷萃取。本发明通过将盐酸作为催化剂，利用湿微藻直接制备生物柴油。与传统工艺相比，具有免干燥脱水、一步实现转化、催化剂易回收使用等潜在优势和经济价值。

技术领域

本发明涉及生物柴油制备领域，具体涉及一种基于水解-酯交换催化反应的湿微藻直接制备生物柴油方法。

背景技术

在众多的生物质中，微藻由于其生长速度快、脂质含量高、光合效率高等优点，是生物燃料生产的重要来源之一^[1-5]。然而，高昂的生产成本与藻类生物质生产相关的技术瓶颈限制了微藻类衍生生物燃料的商业开发^[6]。微藻类生物柴油的生产通常包括四个步骤：(i)种植、(ii)收获、(iii)干燥、(iv)提取和生物柴油转换^[7-11]。其中，微藻的干燥环节被认为是能耗最大的阶段，这提高了生物柴油的生产成本^[12-14]。有关小球藻柴油生产的生命周期评估(LCA)表明，干燥和油脂提取占总生产成本的90％^[15]。因此如何降低干燥和油脂提取的成本是藻类生物柴油成本降低的关键所在。

与传统的生物柴油制备过程(通常包括干燥、脂质提取、酯化或酯交换反应)相比，以湿微藻为原料，采用直接水解酯化法生产生物柴油具有显著的节能潜力，因为该法避免了干燥的步骤，以及相对减少了溶剂的使用。目前，硫酸是湿微藻水解酯化制备生物柴油产品中唯一使用的催化剂。但硫酸在作为催化剂时，面临着反应结束后存在于生物柴油相难以分离回收利用、并产生大量废水等问题^[16]。因此，使用盐酸作为催化剂进行水解酯化反应湿微藻直接制备生物柴油，不仅能够节省传统工艺中干燥环节的大量成本，而且能够解决硫酸催化剂面临的一系列问题，对降低湿微藻直接制备生物柴油成本具有巨大潜力和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于盐酸催化水解-酯化反应的湿微藻直接制备生物柴油方法。湿微藻用于生物柴油的制备能大幅减少传统工艺中干燥环节能耗，并且盐酸作为催化剂在反应后存在于甲醇相中，更有利于催化剂的物质回收以及生物柴油的品质要求。

本发明为解决背景技术的技术问题,采用的技术方案是:基于盐酸催化水解-酯化反应利用湿微藻直接制备生物柴油的方法，包括如下步骤：

1)微藻粉在80℃下干燥2h后存于-20℃冰箱中备用，将预处理后的干藻粉与超滤水按质量比20:80的比例混合用以实现含水率80％的湿微藻；

2)将湿微藻放入离心管中，并加入300±50ml/kg干藻粉的36％浓盐酸催化剂，并加入4ml 甲醇溶液后混匀；

3)放入120±10℃烘箱中进行水解-酯化反应，持续6±1h；

4)反应结束后，取出冷却至室温，在每支离心管中加入3ml己烷，放入高速离心机，在3000rpm 转速下离心5分钟，取出己烷层后再加入3ml己烷萃取，重复萃取操作，最后将萃取得到的己烷层汇入试管进行脂肪酸甲酯含量的测定。

所述步骤2)中催化剂用量优选300ml/kg。

所述步骤3)中水解-酯化反应温度优选120℃。

所述步骤3)中水解-酯化反应时间优选6h。

所述步骤2)同时设置加入4ml甲醇溶液作为对照组。

与现有技术相比，本发明具有的优点：