專利名稱：一種藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域和廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種藻類水熱氧化 產(chǎn)乙酸的方法。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)，世界各地頻繁發(fā)生的藻類爆發(fā)的水體富營(yíng)養(yǎng)化事件，給人類健康和 水生生命帶來(lái)了巨大危害，從而造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。打撈是解決藻類爆發(fā)的主要手段， 而得到的藻泥的出路問(wèn)題成為一個(gè)目前科學(xué)研究的焦點(diǎn)。另一方面，碳減排已越來(lái)越引起 全世界的關(guān)注，已有研究證明可以利用藻類生長(zhǎng)吸收二氧化碳的方式減少大氣中二氧化碳 的濃度，由此產(chǎn)生的大量的微藻的處置也是亟待解決的問(wèn)題。迄今為止關(guān)于藻類資源化處理重要集中在以下幾方面(1)生物柴油技術(shù)。微藻 產(chǎn)油具有很多其他優(yōu)勢(shì)，諸如微藻生物柴油不含硫以及微藻生長(zhǎng)繁殖較快、對(duì)環(huán)境要求低 等。微藻產(chǎn)生物柴油前景廣闊，同時(shí)也存在著亟待解決的問(wèn)題①高昂的生產(chǎn)成本。②高等 植物種子的油脂大都屬于中性脂，易于通過(guò)壓榨方式提取，且產(chǎn)物基本不存在極性脂及色 素。而微藻細(xì)胞小，難以采取常規(guī)壓榨方式。(2)厭氧發(fā)酵。微藻厭氧發(fā)酵研究主要集中在 產(chǎn)沼氣、產(chǎn)酸、產(chǎn)DNA以及氨基酸等。藻類發(fā)酵資源化的研究目前主要集中在處理湖泊富營(yíng) 養(yǎng)化產(chǎn)生的藍(lán)藻等藻類問(wèn)題上，通過(guò)發(fā)酵的方式解決富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，既可以解決打撈上的 大量藻類的處置問(wèn)題又可以產(chǎn)生新的能源。然而，打撈后得到的藻體由于含水率特別高，不 適宜立刻進(jìn)行發(fā)酵處置，還需要進(jìn)行一定的干化處理，這樣會(huì)大大增加操作運(yùn)行難度。(3) 制煤漿或焦炭技術(shù)。清潔煤技術(shù)很好的解決了傳統(tǒng)用煤的污染問(wèn)題。已有研究使用煤-藻 混合漿代替水煤漿進(jìn)行煤-藻混合漿的氣化的新型清潔煤技術(shù)，并發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性更好。雖然 藻焦炭技術(shù)生成過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是需要高的反應(yīng)溫度，從而耗能大；此外藻焦炭屬于低端 產(chǎn)品，市場(chǎng)價(jià)格不會(huì)很高，生產(chǎn)投入與市場(chǎng)回報(bào)不成正比。(4)燃料電池技術(shù)。與現(xiàn)有的其 它利用有機(jī)物產(chǎn)能的技術(shù)相比，微生物燃料電池具一下優(yōu)勢(shì)①將底物直接轉(zhuǎn)化為電能， 保證了具有高的能量轉(zhuǎn)化效率；②在常溫環(huán)境條件下能夠有效運(yùn)作；③產(chǎn)生的廢氣的主 要組分是二氧化碳，因此不需要進(jìn)行廢氣處理。但是，藻類微生物燃料電池同時(shí)存在必須將 后續(xù)低濃度污水和藻體的處理。(5)水熱技術(shù)。水熱技術(shù)(Hydrothermal process)是利用 高溫水為反應(yīng)媒介所有化學(xué)過(guò)程的統(tǒng)稱，在工程上和科學(xué)上越來(lái)越受到人們的關(guān)注。因?yàn)?高溫高壓水是一種清潔、安全和環(huán)境友好的反應(yīng)媒介，具有無(wú)毒無(wú)害不造成二次污染等特 點(diǎn)，所以水熱技術(shù)是一種最有潛力的將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品和能源的環(huán)境友好技 術(shù)之一。藻類生物質(zhì)的水熱處理技術(shù)是一種比較新穎的工藝，用藻類生物質(zhì)生成化學(xué)品能 減少環(huán)境污染，符合低碳理念。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，乙酸產(chǎn)率較高的藻類水熱氧化 產(chǎn)乙酸的方法。
本發(fā)明是在水熱條件下，通過(guò)氧氣或雙氧水的氧化作用使藻類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為含有 高濃度乙酸的產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)藻類的資源化利用。藻類物質(zhì)不同于稻桿等纖維素類物質(zhì)，其主要成分是蛋白質(zhì)，乙酸產(chǎn)率相對(duì)較大。本發(fā)明提出的藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，具體步驟為將藻類投加到反應(yīng)器中， 在200°C 450°C的反應(yīng)溫度下，供氧量為50%-250%，反應(yīng)時(shí)間為30S 300S，藻類被氧化分解 生成以乙酸為主的小分子酸的混合溶液，然后經(jīng)過(guò)純化分離得到乙酸。本發(fā)明中，所述藻類為小球藻、太湖藍(lán)藻、自養(yǎng)小球藻或異養(yǎng)小球藻等中任一種。本發(fā)明中，所述供氧方式為通入氧氣或加入雙氧水。本發(fā)明中，100%供氧量為完全氧化反應(yīng)物中碳和氮元素為二氧化碳和硝酸物質(zhì)所
需要的氧量。本發(fā)明中，所述反應(yīng)器采用耐壓不銹鋼裝置。本發(fā)明中，所述藻類不需要進(jìn)行脫水等預(yù)處理，可直接進(jìn)行反應(yīng)。氧化劑一雙氧水也可用氧氣替代，加熱一般采用溫控電加熱的方式，亦可結(jié)合太 陽(yáng)能等新型綠色生物能源。水熱反應(yīng)器中藻類物質(zhì)在供氧的情況下發(fā)生反應(yīng)，生成以乙酸 為主的小分子酸的工藝。具體是在水熱反應(yīng)條件下，利用氧氣或者雙氧水的氧化作用，將藻 類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子酸，通過(guò)控制反應(yīng)條件可最終獲得高產(chǎn)率乙酸，
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是
1.本發(fā)明工藝無(wú)需將藻類進(jìn)行任何諸如干化之類的預(yù)處理，可直接將藻放入反應(yīng)器中 進(jìn)行水熱氧化反應(yīng)。2.本發(fā)明工藝極具可行性且社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益高。3.本發(fā)明無(wú)二次污染，藻類經(jīng)過(guò)氧化分解后只有小分子有機(jī)酸，可通過(guò)常規(guī)的污 水處理后達(dá)標(biāo)排放。4.本發(fā)明的反應(yīng)條件不屬于超臨界氧化，所需溫度條件相對(duì)溫和，且因?yàn)樘砑友?化劑，反應(yīng)加快，僅需幾分鐘即可完成，處理效率大大加快。5.本發(fā)明工藝既解決了藻類的處置難的問(wèn)題，同時(shí)又產(chǎn)生了可以應(yīng)用于工業(yè)的乙 酸，真正實(shí)現(xiàn)了藻類的資源化處理。6.本發(fā)明可通過(guò)添加氫氧化鈣的方式直接生成乙酸鈣，然后經(jīng)一定工藝分離后可 直接用作道路除冰劑。


圖1為小球藻在300°C、100%供氧、反應(yīng)80S條件下的氣相色譜圖。圖2為小球藻在300°C、100%供氧、反應(yīng)60S條件下的氣相色譜圖。圖3為小球藻在250°C、100%供氧、反應(yīng)60S條件下的氣相色譜圖。圖4為小球藻在320°C、100%供氧、反應(yīng)60S條件下的氣相色譜圖。
具體實(shí)施方式
(補(bǔ)充供氧原料) 實(shí)施例1
原材料使用小球藻，進(jìn)行溫度、供氧、反應(yīng)時(shí)間三組實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。具體操 作溫度為250°c、280°c、30(rc、32(rc，供氧為100%供氧(雙氧水或者氧氣供氧)，反應(yīng)時(shí)間 為60S，確定較佳反應(yīng)溫度為300°C ；供氧為40%、50%、90%、100%、120%,反應(yīng)溫度為300°C，反應(yīng)時(shí)間為60S，確定較佳供氧為100%供氧；反應(yīng)時(shí)間為305、605、805、1005、1205，確定較佳 反應(yīng)時(shí)間為80S。最終得到較佳產(chǎn)乙酸條件為溫度為300°C、供氧為100%供氧、反應(yīng)時(shí)間 為80S，乙酸產(chǎn)率為14. 9%。(乙酸的產(chǎn)率計(jì)算是以碳為基準(zhǔn)的)。
權(quán)利要求
1.一種藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，其特征是具體步驟為將藻類投加到反應(yīng)器中， 在200°C 450°C的反應(yīng)溫度下，供氧量為50%-250%，反應(yīng)時(shí)間為30S 300S，藻類被氧化分解 生成以乙酸為主的小分子酸的混合溶液，然后經(jīng)過(guò)純化分離得到乙酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，其特征是100%供氧量為完 全氧化反應(yīng)物中碳和氮元素為二氧化碳和硝酸物質(zhì)所需要的氧量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，其特征是反應(yīng)器為耐壓不銹 鋼裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，其特征是所述藻類為小球藻、 太湖藍(lán)藻、自養(yǎng)小球藻或異養(yǎng)小球藻中任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，其特征是所述供養(yǎng)方式為直 接提供氧氣或者加入雙氧水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，其特征是選用的藻類不需要 進(jìn)行脫水預(yù)處理，可直接進(jìn)行反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種藻類水熱氧化產(chǎn)乙酸的方法，具體步驟為將藻類投加到反應(yīng)器中，在200℃~450℃的反應(yīng)溫度下，供氧量為50%-250%，反應(yīng)時(shí)間為30S~300S，藻類被氧化分解生成以乙酸為主的小分子酸的混合溶液，然后經(jīng)過(guò)純化分離得到乙酸。反應(yīng)后的產(chǎn)物中有大量的乙酸，通過(guò)分離制得乙酸。本發(fā)明與傳統(tǒng)的水熱處理藻類不同，通過(guò)控制反應(yīng)條件獲得目標(biāo)產(chǎn)物—乙酸，實(shí)現(xiàn)藻類的資源化。
文檔編號(hào)C07C53/08GK102060687SQ20111000026
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者周婧斐, 周雪飛, 張亞雷, 沈崢 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)