[發明專利]一種微藻超聲波輔助直接酯交換制備生物柴油的方法

無效

• 申請號: 201310347767.7
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103396895A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 康永鋒;史華進;趙子琦;胡文振;周志剛
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C10L1/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 韓國輝

技術領域

本發明涉及生物能源領域，具體地涉及超聲波輔助以柵藻為原料制備生物柴油的方法。

背景技術

隨著現代工業的發展和人口的急劇增加，全世界對能源的需求量越來越大，也加大了對地球資源的開采和利用。能源危機一詞已經越來越頻繁的被各國的專家提到。據相關的評估報告，按照目前的速度，世界傳統石油資源將在40年后用盡。隨著石油資源的日益枯竭，未來世界各國對石油能源的爭奪將更為激烈。為了解決石油的不可再生問題，各國開始尋找可替代的能源。

生物柴油經內燃機使用后，排放出的有害氣體少。對于人類和大自然有積極的保護意義。大力發展生物柴油，對推進能源替代、擺脫對礦物能源的依賴、減少CO₂排放，控制因汽車尾氣引起的城市大氣污染和實現經濟可持續發展都具有極其重要的意義。

藻類作為一種重要的可再生資源，具有分布廣、生物量大、光合效率高、環境適應能力強、生長周期短、油脂含量高和環境友好等突出特點。藻類尤其是微型藻類將會成為提供新能源和新資源的“明星”，微藻的能源化利用有望成為“后石油時代”破解能源危機的一把金鑰匙。在最近兩年，不管是國內外有關利用微藻生產生物燃料的基礎研究，還是應用開發報道都呈現大幅增長的態勢。

超聲波對酯交換反應的作用機理是基于氣穴現象。在超聲波輻射下，液體流動而產生數以萬計的微小氣泡，微小氣泡(空化核)在聲場作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后內爆破滅，氣泡破滅時產生沖擊波，使其周圍產生上千大氣壓力。輻射波輸入的能量被轉換成摩擦、紊流、波浪和氣穴，負壓的氣穴氣泡破滅可產生激烈的局部高溫(約5000K)和高壓(約100MPa)，并伴隨巨大的冷卻速率(大于109K/s)及液體噴射流(約400km/h)，造成的壓差和攪動可克服液體的黏附力和粘合力，使反應體系在很短的時間里達到較好的混合。

目前利用柵藻超聲波輔助制備生物柴油的研究多采用超聲波清洗器作為超聲波發生裝置，集中于低功率，一般在200W左右。以柵藻為原料，通過超聲波輔助直接制備生物柴油的專利尚無報道。本發明使用的超聲波合成萃取儀功率范圍為0-1500W，直接將超聲波探頭浸入盛放物料的容器中，并對物料進行測溫控溫，可更全面地考察超聲波對于微藻制備生物柴油的輔助作用及影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術方案的不足，從而提供一種微藻超聲波輔助直接酯交換制備生物柴油的方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種微藻超聲波輔助直接酯交換制備生物柴油的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

（1）酯交換反應：

將干燥的藻粉與無水甲醇溶液按料液質量比為1:2-1:6與質量為藻粉3%-11%的催化劑KOH進行混合，在溫度為60-100℃，超聲波功率為400W條件下反應10-50分鐘；

（2）分離純化：

將步驟（1）反應完的溶液取出，于室溫下靜置冷卻1-1.5小時，過濾藻粉，濾液用石油醚萃取，加入飽和NaCl溶液，靜置分層后，收集上層石油醚相，反復萃取3-4次，合并有機相，減壓蒸餾，即得到生物柴油粗產品。

步驟（1）中料液質量比優選1:3-1:4，催化劑KOH優選其質量為藻粉的7%-9%；所述藻粉優選柵藻藻粉。

步驟（2）中石油醚與飽和NaCl溶液以及濾液體積比為2:2:3-4。

本發明提供的利用超聲波進行甲醇酯交換制備生物柴油的方法，其原理在于利用海洋微藻為原料，通過超聲波產生的空化作用及其高效的混合作用，加快反應的進行，在堿催化條件下，與甲醇通過酯交換反應直接制備生物柴油。本發明的方法不僅工藝過程簡單、清潔環保，而且縮短了反應的時間、有效降低生產成本。

附圖說明

圖1為通過氣相色譜—質譜聯用儀對實施例3制備的生物柴油樣品進樣測定所得質譜圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，對本發明做進一步的說明：

實施例1

稱取干燥柵藻粉10g于100mL三口燒瓶中，稱取0.9gKOH，用30g甲醇溶解后，加入三口燒瓶。設定反應溫度為70℃，超聲波功率為100W，將三口燒瓶固定于超聲波合成萃取儀上，通入冷凝水，水浴反應30min后，取出三口燒瓶，于室溫下靜置冷卻1小時，過濾藻粉，轉移至分液漏斗，加入20mL石油醚萃取，加入20mL的飽和NaCl溶液，靜置分層后，收集上層石油醚相，反復萃取3次，合并有機相，減壓蒸餾，稱得生物柴油粗產品0.254g。

實施例2