一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法。本發(fā)明的方法首先進(jìn)行產(chǎn)氫微藻、產(chǎn)油微藻細(xì)胞的培養(yǎng)，然后按照一定的比例對(duì)產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻進(jìn)行共誘導(dǎo)調(diào)控產(chǎn)氫、產(chǎn)油，通過自浮采收兩種藻細(xì)胞，并進(jìn)行氫氣的純度分析、定量以及微藻油的提取，最后利用微藻光合產(chǎn)生的H2直接對(duì)微藻油加氫制備高品質(zhì)生物柴油。本發(fā)明利用絲狀固氮藍(lán)藻產(chǎn)氫自浮現(xiàn)象采收產(chǎn)油綠藻，與傳統(tǒng)微藻采收方法相比，無需添加任何絮凝劑或者通氣，也不需要其他高能耗設(shè)備輔助，解決了微藻采收成本過高的問題。同時(shí)通過藻類自產(chǎn)物氫氣和油脂進(jìn)行反應(yīng)，還能得到優(yōu)質(zhì)生物柴油，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物能源制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)，化石能源枯竭、淡水資源匱乏以及溫室效應(yīng)嚴(yán)重制約著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，迫切需要尋找高效、清潔、無污染的新型綠色能源。微藻作為一種生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)油量高、對(duì)淡水和耕地等資源依賴較小的作物，逐漸吸引全球能源學(xué)家和環(huán)境學(xué)家的目光。
[0003]大規(guī)模微藻養(yǎng)殖中，藻細(xì)胞的采收是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于微藻細(xì)胞個(gè)體微小(3-30 μ m)，并且在培養(yǎng)液中的濃度很低，決定了其采收難度較大。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，其成本約占總生產(chǎn)成本的20-30%。生物質(zhì)的采收就是除去藻液中的自由水，降低藻細(xì)胞含水量的過程，為后續(xù)的油脂提取等環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。因此，有效提高微藻細(xì)胞的回收率、降低藻細(xì)胞的含水量不僅可以提高生物質(zhì)采收的效率，還能夠?qū)⒌诌_(dá)后續(xù)工藝的能耗和成本，意義重大。
[0004]傳統(tǒng)的微藻細(xì)胞采收方法主要有離心法、過濾法、絮凝沉降法和氣浮法等。另外，也有一些新興的生物質(zhì)采收法，如超聲波法、生物轉(zhuǎn)化法等也在不斷研發(fā)中。
[0005]離心法處理速度快，對(duì)藻細(xì)胞的損傷也較小，并且生物質(zhì)回收率高(> 90% )、去水效果好、適用范圍廣，但是離心機(jī)的能耗幾乎是所有分離設(shè)備中最高的，并且處理量也會(huì)受到機(jī)器大小以及數(shù)量的限制，這種分離方法造成微藻的收獲幾乎占據(jù)微藻培養(yǎng)成本的1/3-1/2。
[0006]過濾法是常用的、成熟的化工方法。然而普通濾紙孔徑過大，微藻細(xì)胞僅有3-10 μm，過濾較難。若改為濾膜，即使孔徑大小合適，但是很多細(xì)胞具有粘性，容易污染、堵塞濾膜，導(dǎo)致分離時(shí)間過長(zhǎng)，甚至濾液無法通過，如果增大壓強(qiáng)，一方面成本升高，另一方面的機(jī)械強(qiáng)度不夠。另外，由于微藻懸浮液的密度過低，需要消耗大量能量才可以將藻液泵入過濾裝置，實(shí)現(xiàn)過濾分離的目的，成本過高。
[0007]絮凝沉降法是通過調(diào)節(jié)pH或者向培養(yǎng)基中添加無機(jī)或者有機(jī)化合物，使微藻發(fā)生絮凝沉降，實(shí)現(xiàn)藻水分離。但是添加的絮凝劑很可能對(duì)微藻產(chǎn)生破壞作用，而且在后續(xù)的微藻加工過程中，由于必須要提取出所收獲微藻中的絮凝劑，增加了工藝的繁雜度。另外，某些殘留的絮凝劑濃度過高時(shí)會(huì)對(duì)微藻生長(zhǎng)產(chǎn)生毒害，某些安全無毒的多糖絮凝劑又成本較高。
[0008]氣浮法是一種比較有潛力的微藻富集方法，但是該方法需要有合理的氣浮分離設(shè)備及分離工藝，分離效果受到設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝條件等諸多因素影響。
[0009]Ming Chen等研宄表明，絲狀固氮藍(lán)藻在產(chǎn)氫過程中可以完成自浮，自浮率高達(dá)91.71%，大大降低了微藻的收獲成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法，通過藍(lán)藻光合作用產(chǎn)生的氫氣完成自浮并同時(shí)采收共培養(yǎng)的產(chǎn)油綠藻，產(chǎn)生的氫氣和藻油進(jìn)行直接加氫制備高品質(zhì)微藻生物柴油。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0012]一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法，包括步驟如下:
[0013](I)對(duì)產(chǎn)氫藍(lán)藻和產(chǎn)油綠藻進(jìn)行培養(yǎng)；
[0014](2)對(duì)產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻進(jìn)行共同誘導(dǎo)調(diào)控產(chǎn)氫、產(chǎn)油，通過自浮采收兩種藻細(xì)胞，并進(jìn)行氫氣的純度分析、定量以及微藻油脂的提?。?br> [0015](3)利用產(chǎn)氫藍(lán)藻光合產(chǎn)生的H2直接對(duì)微藻油加氫制備生物柴油。
[0016]其中，在共誘導(dǎo)前進(jìn)行產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻的培養(yǎng)，培養(yǎng)過程所用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基為BGII或TAP培養(yǎng)基。培養(yǎng)過程中恒溫并采用24h持續(xù)光照，液體通氣培養(yǎng)。藻液置于30°C溫度和 30ymol photon m_2s ^1 (Model MQ-100)光照強(qiáng)度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合氣體。
[0017]為了提高產(chǎn)氫、產(chǎn)油效率并達(dá)到自浮，可選的，產(chǎn)氫過程采用的藻種為產(chǎn)氫效率較高的絲狀固氮藍(lán)藻，產(chǎn)油過程采用的藻種為細(xì)胞內(nèi)油脂含量較高的單細(xì)胞綠藻。
[0018]所述共同誘導(dǎo)的方法為:產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻分別培養(yǎng)至對(duì)數(shù)末期OD75tl值為
0.8-0.95時(shí)進(jìn)行混合，共誘導(dǎo)條件為營(yíng)養(yǎng)缺陷誘導(dǎo)、厭氧誘導(dǎo)、黑暗誘導(dǎo)中的一種以上。
[0019]產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻混合體積比例為10:1-1:10。
[0020]培養(yǎng)結(jié)束后，可以利用高壓氣相色譜對(duì)氫氣進(jìn)行純度分析和定量，采收自浮藻體，提取微藻細(xì)胞中的油脂，直接加氫生產(chǎn)生物柴油。
[0021]反應(yīng)結(jié)束后得到主要成分為烴類的高品質(zhì)生物柴油。
[0022]本發(fā)明方法與其他方法相比的優(yōu)勢(shì)在于:
[0023](I)本發(fā)明方法所采用的采收方法工藝簡(jiǎn)單快速，不需要添加專門的生物質(zhì)采收裝置即可完成自浮采收。
[0024](2)本發(fā)明方法所采用的采收方法與其他傳統(tǒng)工藝相比，不需要依賴高能耗的設(shè)備，僅依靠藻體自身產(chǎn)氫完成自浮收獲，大大降低了采收過程的能耗。
[0025](3)本發(fā)明方法利用絲狀固氮藍(lán)藻自浮采收共培養(yǎng)的產(chǎn)油綠藻，并通過自產(chǎn)物氫氣和油脂生產(chǎn)高品質(zhì)微藻生物柴油，對(duì)儲(chǔ)存在微藻細(xì)胞內(nèi)的太陽能進(jìn)行深層次的轉(zhuǎn)化，從根本上提高轉(zhuǎn)化效率，采用的采收方法不需要添加任何物理或者化學(xué)絮凝劑，亦不需要通過調(diào)節(jié)pH或者加入金屬鹽即可完成藻水分離過程，無后續(xù)處理工藝，并且對(duì)環(huán)境無污染。
[0026](4)用本發(fā)明方法制備微藻生物柴油，利用微藻自產(chǎn)的原材料氫氣和藻油進(jìn)行反應(yīng)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，擁有廣闊的潛在市場(chǎng)，對(duì)微藻生物柴油的研宄具有重要意義，具有較高的潛在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面給出具體的實(shí)施例，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0028]實(shí)施例1
[0029]利用BGII培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)氫藍(lán)藻A7119、產(chǎn)油綠藻Chlorella。藻液置于30°C溫度 30 μ mo I photon m_2s-1(Model MQ-100)光照強(qiáng)度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合氣體。產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻分別培養(yǎng)至對(duì)數(shù)末期OD75tl值為0.8時(shí)，按照體積比1:5的比例對(duì)A7119和Chlorella共誘導(dǎo)產(chǎn)氫、產(chǎn)油。共誘導(dǎo)的方法為營(yíng)養(yǎng)缺陷誘導(dǎo)；培養(yǎng)結(jié)束后，利用高壓氣相色譜對(duì)氫氣進(jìn)行純度分析、定量、采集，采收自浮的兩種藻細(xì)胞，利用氯仿/甲醇法提取微藻細(xì)胞中的油脂。進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到主要成分為烴類的高品質(zhì)生物柴油。
[0030]實(shí)施例2
[0031]利用BGII培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)氫藍(lán)藻A7119、產(chǎn)油綠藻ccl24。藻液置于30°C溫度和30 μ mo I photon m_2s-1(Model MQ-100)光照強(qiáng)度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合氣體。產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻分別培養(yǎng)至對(duì)數(shù)末期OD75c!值為0.95時(shí)，按照體積比1:2的比例對(duì)A7119和ccl24共誘導(dǎo)產(chǎn)氫、產(chǎn)油。共誘導(dǎo)的方法為厭氧誘導(dǎo)，培養(yǎng)結(jié)束后，利用高壓氣相色譜對(duì)氫氣進(jìn)行純度分析、定量、采集，采收自浮的兩種藻細(xì)胞，利用氯仿/甲醇法提取微藻細(xì)胞中的油脂。進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到主要成分為烴類的高品質(zhì)生物柴油。
[0032]實(shí)施例3
[0033]利用TAP培養(yǎng)基培養(yǎng)產(chǎn)氫藍(lán)藻A7119、產(chǎn)油綠藻cc503。藻液置于30°C溫度和
30μ mo I photon m_2s-1(Model MQ-100)光照強(qiáng)度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合氣體。產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻分別培養(yǎng)至對(duì)數(shù)末期OD75tl值為0.9時(shí)，按照體積比10:1的比例對(duì)A7119和cc503共誘導(dǎo)產(chǎn)氫、產(chǎn)油。共誘導(dǎo)的方法為黑暗誘導(dǎo)，培養(yǎng)結(jié)束后，利用高壓氣相色譜對(duì)氫氣進(jìn)行純度分析、定量、采集，采收自浮的兩種藻細(xì)胞，利用氯仿/甲醇法提取微藻細(xì)胞中的油脂。進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到主要成分為烴類的高品質(zhì)生物柴油。
【權(quán)利要求】
1.一種利用產(chǎn)氫藍(lán)藻自浮采收產(chǎn)油綠藻制備微藻生物柴油的方法，其特征在于，包括步驟如下: (1)分別對(duì)產(chǎn)氫藍(lán)藻和產(chǎn)油綠藻進(jìn)行培養(yǎng)； (2)對(duì)產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻進(jìn)行共同誘導(dǎo)調(diào)控產(chǎn)氫、產(chǎn)油，通過自浮采收兩種藻細(xì)胞，并進(jìn)行氫氣的純度分析、定量以及微藻油脂的提取； (3)利用產(chǎn)氫藍(lán)藻光合產(chǎn)生的H2直接對(duì)微藻油加氫制備生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，培養(yǎng)過程所用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基為BGII或TAP培養(yǎng)基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)氫藍(lán)藻為絲狀固氮藍(lán)藻，所述產(chǎn)油綠藻為單細(xì)胞產(chǎn)油綠藻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述共同誘導(dǎo)的方法為:產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻分別培養(yǎng)至對(duì)數(shù)末期OD75tl值為0.8-0.95時(shí)進(jìn)行混合，共誘導(dǎo)條件為營(yíng)養(yǎng)缺陷誘導(dǎo)、厭氧誘導(dǎo)、黑暗誘導(dǎo)中的一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，產(chǎn)氫藍(lán)藻、產(chǎn)油綠藻混合體積比例為10:1-1:10。
【文檔編號(hào)】C12R1/89GK104513846SQ201410811948
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】李十中, 陳明, 王文睿 申請(qǐng)人:清華大學(xué)