【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。生長于水環(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。目前對微藻提取油脂方法研究較多的是有機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:有機溶劑萃取法產率高、溶劑相對便宜,但所用有機溶劑有毒、易燃、回收能耗高;超臨界二氧化碳萃取耗時短、使用溶劑無毒安全,但超臨界二氧化碳萃取運營成本高,需使用高壓設備,難以實現(xiàn)規(guī)�；a。此外,微藻干燥和溶劑回收過程的高能量消耗也是限制該產業(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)的生長特性入手,探索了Neochloris oleoabundans在小型光生物反應器中的生長條件,針對微藻油脂萃取過程能耗高的問題,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、溶解度和極性強度等方面建立了切換溶劑篩選標準,對溶劑分子結構和物理性質進行了模擬驗證,檢驗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,并對不同萃取工藝進行了能量評估。研究了溫度、光照、p H值、氮源濃度等對微藻生長的影響。發(fā)現(xiàn)在實驗所測數(shù)據范圍內,Neochloris oleoabundans的最佳培養(yǎng)條件為溫度30℃,光照強度247μmol/(m2·s),pH值7.3,NaNO3初始濃度250 mg/L,經檢測油脂生產率為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速率。DPA和EBA的萃取效果好于DBAE,各萃取產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中油脂的試驗條件。在試驗范圍內,萃取時間、萃取溫度和溶劑-藻液體積比對油脂得率的影響依次增大,最優(yōu)萃取工藝條件為:萃取時間102 min,萃取溫度35℃,溶劑-藻液體積比2。經驗證,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,表明回歸模型準確可靠,具有實際應用價值。提出了提出切換溶劑對Neochloris oleoabundans油脂的萃取機理。通過分析萃取產物中中性脂、糖脂和磷脂的比例與萃取時間的變化規(guī)律,結合微藻細胞壁、細胞膜的結構特點,得出切換溶劑對Neochloris oleoabundans油脂的萃取過程可分為五個步驟:形成有機溶劑膜;溶解糖脂和磷脂,進入細胞質;結合中性脂形成切換溶劑-油脂混合物;切換溶劑-油脂混合物穿過細胞膜和細胞壁;擴散進入切換溶劑中。從能量平衡角度評估了切換溶劑萃取微藻油脂技術的可行性。設計了正己烷萃取、超臨界二氧化碳萃取和切換溶劑萃取的工藝方案,建立了萃取過程各步驟能量消耗的計算方法,用MATLAB軟件對萃取過程能量平衡的計算方法進行建模,對影響萃取能耗的主要參數(shù)進行了敏感性分析。切換溶劑萃取相比于其他萃取方法具有明顯的優(yōu)勢,這一技術具有較好的可行性和經濟、社會價值。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE667

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本文編號：2346861