微藻油脂制备生物柴油的研究

用〔。 ’ 但是由 较高的 〕 于 原材料成本［ ２ １ 使得生物柴油
的价格高于传统柴油， 因此选取合适的、 低成本的植 物油脂资源来积极发展和生产生物柴油是发展的总
趋势。
１ 材料和方法
１１ 微藻培养与油脂制备 ． 本实验选用的材料小球藻， 由美国Ｔｘ 大学提 ｅｓ ａ 供。小球藻置于２０（ 光照培养箱中通气培养， ６ １ Ｃ １ ）
反应４ 可形成高质量的生物柴油。 ｈ 微藻生物柴油的密度为０８ 掩－－、 ． ４ Ｌ１ ６ 粘度５ ｘ ４４９）热值高达４Ｍ ＂ ． １－（ Ｃ、 ２ ０ ０ １Ｊ ｋ－ 这些特征与传统柴油相当， ｇ＇ 。 且微藻生物柴油具有更低的冷滤点（ １ Ｃ及良 一 １ ） 好的发动机低温启动性能， 此 ９ 因
分， 将甘氨酸 即 成分降至Ｏ１ Ｌ＇ ． － 另加人 ｌ ＂ ｇ ， ＂ Ｏ Ｌ＇ ｇ －
葡萄糖， 原来绿色的小球藻细胞便通过吸收葡萄糖 进行异养生长， 从而获得黄色的异养小球藻。待异 养藻细胞生长到对数期后期时， 离心收集藻细胞， 然 后冷冻干燥并制备藻粉。藻细胞的脂类含量测定参
考Ｍ ｏ ［的 ｉ 等［ 方法。 ａ ６ １ 异养小球藻油脂制备方法是
（ ， ， Ｔ） 在所有实验中 用量均为９１ ． ３５９ 。 ０００ 油的 ．ｇ ２
反应混合物包括微藻油脂 、 甲醇和浓硫酸。反 应物加热至一定温度， 并在所设置的反应时间点终 止反应， 然后将反应液转移至分液漏斗中静置、 分
层。
表１ 显示了在不同的温度和催化剂（ ０） 玫Ｓ４用 量条件下微藻生物柴油产率和密度的变化。从表 １ 中可看出， ５℃条件下可获得较高的生物柴油产 在 ０
生物油燃料的良 好材料。小球藻是一种可通过改变 其培养基的化学成分使其生长方式改变而进行 自 养 或异养的绿藻， 其通过异养生长可获得高脂肪含量。 异养生长不仅可以提高生长效率， 还有利于藻细胞 内某些代谢产物（ 如脂类等） 的积累， 从而可降低生 物质和油脂的生产成本。然而目 前有关生物柴油制 备的研究基本上都集中于蔬菜油（ 如大豆油、 葵花子
藻类具有光合作用效率高、 环境适应能力强、 生
光 强为４ ｒ１ ． 养小 培养在 培 ０ｍ ＂ ｓ ｐｏｍ － ＿ ＇ ２ 。自 球藻 标准
养基中， 通过光合作用进行 自 养生长， 从而获得绿色 的自 养小球藻。通过改变标准培养基中的营养成
长周期短、 生物产量高的特点［１因 ［ ， 此藻类是制备 ３ ， ４
第 ２卷 第２ ８ 期
２０ 年 ２ ０７ 月
阳 能 学 报
Ｅ ＲＧＩ Ｓ Ａ Ｉ Ｓ ＮＩ Ａ ＮＥ ＡＥ ＯＬ Ｒ Ｓ Ｃ Ｉ
Ｖｏ ． ｌ２ ９
Ｎ ． ２ ｏ
２０ ０７
文章编号：０５－ ９（ ０ ） － １－ ２４ ０６２ ７０ ０ ９ ４ ０ ０ ２２ ０
微藻油脂制备生物柴油的研究
缪晓玲‘ 吴庆余２ ，
物质的量 比
ｂ ． 对密度的影响
图 １ 不同醇油物质的量比 对微藻生物
了大量微藻油脂。这些微藻油脂在 ３９， ００ 醇油物质 的量比为５ ： 以及浓硫酸催化（ ６１ 用量为原料油的 １ ％） ０ 条件下经醋交换反应 ４ 可形成高质量的生 ０ ｈ
柴油产率（） ａ和密度（） ｂ的影响 Ｆ ． ｆｃ ｏｄ ｅ ｎｍｌ ｒｉｏｍｔ ｎ ｔｏ ｉ ｌ ｅｓ ｉ ｒ ｔ ｒ ｆ ａｏ ｏ ｇ Ｅ ｔ ｆ ｅ ｏ ａｏ ｅ ｌ ｉ ｆ ａ ｔ ｈ ｌ ｏ ｏ ｏ ｔ ｙｌ（） ｔ ｓ ｃｉｇｖ （） ｉｉｅｐｄ ｔ ｎ ｉ ａ ａ ｈ ｐ ｉ ｒｉ ｏｂｄｓ ｒｕ ｈ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅ ｆ ａｔ ｂ ｆ ｅｌ ｃ ｄ ｅ ｃ ｙ
结果表明， 微藻油脂的酸催化醋交换反应的最佳条 件应为 ３９， ０ ０ １ ％催化剂用量以及 ５： 的醇油物 ０ ０ ６１ 质的量比； 在此条件下， 内可获得密度为０８４ ５ ｈ ． 的玲等 ： 微藻油脂制备生物柴油的研究
油的一些特性， 传统柴油的特性〔，〕 并同 １７ 作了比 ，， ２８
的密度均随着反应时间的延长呈逐渐下降的趋势。 但醇油物质的量比为 ５：时， ６１ 生物柴油产物密度是 在最短时间 ４ ｈ内下降到最低点， 获得了密度为 ０８４ ． 的生物柴油； ６ 而醇油物质的量比为 ３：和 ４ ０１ ５ ：时， ５ ７ 其产物密度才趋于最低。以上实验 １ 需 一ｈ
８：时获得的生物柴油的密度较高， ４１ 且甲醇用量太 大时给随后的分离带来不便。因此， 我们又进一步 用３：，５１ ５： 的醇油物质的量比探讨了反 ０１４ ：和 ６１ 应过程中生物柴油产物密度随时间的变化情况（ 图 ２。由图２ ） 可看出， ３ 在这 种条件下生物柴油产物
０． ０．
只
０．７ ８８
０． ７ ８５
注： 催化剂用量是以原料油重量为基准， 反应的醇油物质的量比均为３： ０１
实验中对比了６ 种不同醇油物质的量比对产物 比率及其密度的影响。从图 １ 可看出， 在醇油物质 的量比为４：和 ５： 时可获得高产率、 ５１ ６１ 低密度的 生物柴油， 醇油物质的量比为３：时也可获得较低 ０１ 密度的生物柴油。醇油物质的量比为２：， ：和 ５１７ １ ０
率， 而较低密度的生物柴油则是在 ９℃下获得。在 ０ 相同的温度条件下， 催化剂用量为 １ ％时可获得较 ０ ０ 低密度的生物柴油。最低密度的生物柴油则是在 ９Ｏ、 ０ 催化剂用量为 １ ％的条件下获得。但在该条 Ｃ ０ ０ 件下的生物柴油产率却最低， 这可能是由于高温、 高 浓硫酸用量会使一些微藻油脂被烧焦， 从而使产率 降低。催化剂用量为 １ ％条件下， ℃和５℃时的 ０ ０ ３ ０ ０ 产率及密度没有很大差异（ １， 表 ）因此从降低成本 的角度考虑， 微藻油脂的酸催化醋交换反应条件为
１ 生物柴油产率的计算 ． ３ 将分层得到的上层粗制生物柴油先用等量的石
油醚洗涤， 离心 １ ０ｒ ｉ， ｉ， ２ ０ ｍｎ １ｍｎ取上层有机相并 ０ ／ ０
用两倍体积的５℃蒸馏水洗涤， ０ 然后离心， 直至完全 透明。分离出上层透明的油相， 用无水硫酸钠干燥 后， 在旋转蒸发仪上将石油醚蒸发干净， 得到澄清透 明的产品生物柴油。将产品生物柴油称重， 并以所 用的微藻油脂重量为基准计算生物柴油的产率。 １４ 生物柴油的分析 ． 分析了生物柴油的密度、 粘度、 热值、 酸值、 凝点 及冷滤点等。利用 ｖ ｉＥ 元素分析仪测定生物柴 ａｏ Ｌ ｒ－ 油的 ＣＨ Ｏ Ｎ元素组成。 ， ，，
（． １ 上海交通大学生命科学技术学院， 上海 ２０４ ； ０２０ ２ 清华大学生物科学与技术系， ． 北京 １ ０４ ０８ ０
摘 要：利用正己烷从异养生长的小球藻（ 脂类化合物含量高达细胞干重的５％， 养藻细胞（ ％） 倍） ５ 是自 １ 的４ 细 ４ 胞中提取获得了大量油脂。这些异养微藻油脂在 ３９、 ００ 醇油物质的量比为 ５： 以及浓硫酸催化条件下经醋交换 ６１
ｕｄｒ ｓ ｅ １ ａ ａｏ ｅ ａｏｔｏ． ｃ ａ ｓｑａｔ ｂ ｄ ｉ ｅ ｈ ｍ ｌ ｒｉｏｍｔ ｎｌ ｉ Ｔｅ ｌｔ ｎｔｗｓ ｅ ｏ ｏ ｗｉ ｔ ｎｅ ｔ ａ ３ ： ｒ ｆ ｈ ｏ ｈ ａ ｙ ｕ ｉ ａ ａ ｎ ｇ ｈ ｍ ０ ｏ ｔ ｅ ｌ ｔ ｙ ｓ ｌ 催化剂量
其应用价值更高。 关键词：生物柴油； 异养； 微藻油脂； 酸催化
中图分类号：Ｔ ６ Ｋ 文献标识码：Ａ
０ 引
言
生物柴油即脂肪酸甲醋， 是一种可生物降解、 无 毒的可再生能源。自１ ８ ９ 年以来， ８ 许多欧洲国家就 已经开始将生物柴油作为传统柴油的替代品加以利
出了一种利用异养微藻油脂制备高质量生物柴油的 方法。研究结果表明： 利用异养微藻油脂通过酸催 化的醋交换反应可获得与传统柴油相当的生物柴 油， 其应用价值更高。
ａ ． 对产率的影响
０
５２ ０ ４ ． ｘ 一 １
一１ ２ 一１ １
（．一 ． ｘ ４ １ ４１ １－ ９ ） ０
一５ ０一１ ０ 一６． ｍａ ７ ｘ ０． ｍａ ５ ｘ ４ ０￣４ ５ １８ ．１
刃
０
０
…８
９
一山 ・罗 ＼ 侧 脚
０
， 户
酸值／ｇＫＨ ＂ ’ ｍ（Ｏ ） 一 ｇ 热 Ｊ 一 Ｍ 吨 ’ 值／
［］ Ｃ ［ ］ Ｈ／
０ 八
０． ４ ７ ３
４１ １８ ．１
０
３ 结
０８ １ ．６
论
２： ５１ ０１ ５１ ５ ： ７ ： ３ ： ４ ： ６１ ０１ ４ １ ８ ：
可通过在培养基中加人有机碳源， 降低无机氮 源的条件下进行小球藻异养生长， 在细胞内大量脂 肪积累。利用正己烷从这些异养藻细胞中提取获得
特性
２： ５１ ３ ： ０ １ ４ ： ５１ ６ １ ７ ： ５ ： ０１ ８ ： ４ １
微藻生物柴油
０． ４ ６ ８
柴油
０． ３ ８８
物质的量比
密度 ｇ － ｋ Ｌ＇ ／ －
粘度／ ＂ （ ｀） Ｐ ｓ Ｃ ａ ４ ０ 凝点／ ℃ 冷滤点／ ℃
应条件设定［如下： ［ ８ １ ４种硫酸用量（ 为原料油的 ２％， ％， ％， ０ ； 种醇油物质的量比（ ５ ５ ６ １ ％）６ ０ ０ ０ ２ ５
１ ０１ ５ １５ ：，０ １８ ：） ， ：， ：， １７ ：， １以及 ３ ３ ４ ６ ４ 个温度范围
２ 结果和讨论
２１ 微藻油脂的醋交换反应 ． 本实验采用酸催化进行醋交换反应生产生物柴 油， 同时研究了不同温度、 催化剂量及不同醇油物质 的量比对生物柴油产率及其密度的影响。
先将藻粉于研钵中碾磨， 然后用正己烷抽提。微藻
油以 及油菜籽等） 〔１ 方面 １ ， ． 未见异养微藻油脂制备 ２
生物柴油的报道。生产生物柴油最常用的方法是醋
油 皂化值和酸值的测定参考Ｖ ｅｅ ７ 脂的 ｉｎ 等［的方 ｃｔ １
法。
交换法［， 在植物油中 ［即 ５ １ 加入一定量的甲 加热至 醇，