發(fā)布時(shí)間：2018-11-21 11:41

【摘要】：隨著世界石油資源的日益減少,生物能源的研究成為熱點(diǎn)。生長(zhǎng)于水環(huán)境中的微藻,含油量高,繁殖速度快,可作為生物能源的重要原料,但如何從微藻中高效地獲取可作為生物燃料的油脂成為難點(diǎn)。目前對(duì)微藻提取油脂方法研究較多的是有機(jī)溶劑萃取法和超臨界二氧化碳萃取法。這兩種方法各有利弊:有機(jī)溶劑萃取法產(chǎn)率高、溶劑相對(duì)便宜,但所用有機(jī)溶劑有毒、易燃、回收能耗高;超臨界二氧化碳萃取耗時(shí)短、使用溶劑無(wú)毒安全,但超臨界二氧化碳萃取運(yùn)營(yíng)成本高,需使用高壓設(shè)備,難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。此外,微藻干燥和溶劑回收過(guò)程的高能量消耗也是限制該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。因此,研究一種從微藻中低能耗萃取油脂的新方法變得尤為重要。本文從富油微藻(Neochloris oleoabundans)的生長(zhǎng)特性入手,探索了Neochloris oleoabundans在小型光生物反應(yīng)器中的生長(zhǎng)條件,針對(duì)微藻油脂萃取過(guò)程能耗高的問題,提出了一種以切換溶劑為萃取劑,直接從微藻濃縮液中萃取油脂及其分離回收的新方法。從密度、溶解度和極性強(qiáng)度等方面建立了切換溶劑篩選標(biāo)準(zhǔn),對(duì)溶劑分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,檢驗(yàn)了溶劑的切換能力和萃取能力,優(yōu)化了微藻油脂的萃取條件,并對(duì)不同萃取工藝進(jìn)行了能量評(píng)估。研究了溫度、光照、p H值、氮源濃度等對(duì)微藻生長(zhǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)范圍內(nèi),Neochloris oleoabundans的最佳培養(yǎng)條件為溫度30℃,光照強(qiáng)度247μmol/(m2·s),pH值7.3,NaNO3初始濃度250 mg/L,經(jīng)檢測(cè)油脂生產(chǎn)率為37.67 mg·L-1·d-1。篩選了可用于油脂萃取的切換溶劑。發(fā)現(xiàn)2-(二丁基氨基)乙醇(DBAE)、二丙胺(DPA)和N-乙基正丁胺(EBA)都具有可切換性,其極性隨CO2的通入和移除而逐漸升高和降低,提高溫度有利于加快逆反應(yīng)速率。DPA和EBA的萃取效果好于DBAE,各萃取產(chǎn)物中脂肪酸種類和含量基本一致:油酸(C18:1)含量最高,其次為棕櫚酸(C16:0)和亞油酸(C18:2)。優(yōu)化了切換溶劑(DPA)萃取Neochloris oleoabundans中油脂的試驗(yàn)條件。在試驗(yàn)范圍內(nèi),萃取時(shí)間、萃取溫度和溶劑-藻液體積比對(duì)油脂得率的影響依次增大,最優(yōu)萃取工藝條件為:萃取時(shí)間102 min,萃取溫度35℃,溶劑-藻液體積比2。經(jīng)驗(yàn)證,在這一萃取條件下,微藻油脂得率為19.9%±0.2%,與理論值基本一致,表明回歸模型準(zhǔn)確可靠,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。提出了提出切換溶劑對(duì)Neochloris oleoabundans油脂的萃取機(jī)理。通過(guò)分析萃取產(chǎn)物中中性脂、糖脂和磷脂的比例與萃取時(shí)間的變化規(guī)律,結(jié)合微藻細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),得出切換溶劑對(duì)Neochloris oleoabundans油脂的萃取過(guò)程可分為五個(gè)步驟:形成有機(jī)溶劑膜;溶解糖脂和磷脂,進(jìn)入細(xì)胞質(zhì);結(jié)合中性脂形成切換溶劑-油脂混合物;切換溶劑-油脂混合物穿過(guò)細(xì)胞膜和細(xì)胞壁;擴(kuò)散進(jìn)入切換溶劑中。從能量平衡角度評(píng)估了切換溶劑萃取微藻油脂技術(shù)的可行性。設(shè)計(jì)了正己烷萃取、超臨界二氧化碳萃取和切換溶劑萃取的工藝方案,建立了萃取過(guò)程各步驟能量消耗的計(jì)算方法,用MATLAB軟件對(duì)萃取過(guò)程能量平衡的計(jì)算方法進(jìn)行建模,對(duì)影響萃取能耗的主要參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析。切換溶劑萃取相比于其他萃取方法具有明顯的優(yōu)勢(shì),這一技術(shù)具有較好的可行性和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE667

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本文編號(hào)：2346861