本發(fā)明涉及生物燃料的制備方法，特別涉及一種利用高壓脈沖電場(chǎng)和超聲波輔助提取生物燃料的方法。

背景技術(shù)：

藍(lán)藻，又名藍(lán)綠藻、藍(lán)細(xì)菌，是一門(mén)最原始、最古老的藻類(lèi)植物，它們可在富營(yíng)養(yǎng)化的內(nèi)陸水體爆發(fā)性繁殖，并在水體表面大量堆積，不僅嚴(yán)重影響水體景觀，而且其釋放的藻毒素和異味物質(zhì)嚴(yán)重?fù)p害水質(zhì)，危及人類(lèi)的健康和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，是一種夏季出現(xiàn)在我國(guó)湖泊流域的主要污染物之一。因此，如何對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行綜合利用，為治理環(huán)境提供一條變廢為寶、提升綜合治理效益的有效新型途徑為當(dāng)前的迫切需要。

高壓脈沖電場(chǎng)是一種可連續(xù)可操作、非熱且無(wú)需化學(xué)參與的物理場(chǎng)處理方式。利用高壓脈沖電場(chǎng)能對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜產(chǎn)生電穿孔效應(yīng)，改變其通透性，使活性成分從細(xì)胞內(nèi)萃取到溶劑中，并且對(duì)不同分子量的活性物質(zhì)具有一定的選擇性，是活性胞內(nèi)物質(zhì)從植物細(xì)胞中回收的理想途徑。而超聲波提取則是將超聲波產(chǎn)生的空化、振動(dòng)、粉碎、攪拌等綜合效應(yīng)應(yīng)用到天然產(chǎn)物成分提取工藝中，通過(guò)破壞細(xì)胞壁，增加溶劑穿透力，從而提高提取率和縮短提取時(shí)間，減少溶劑用量，達(dá)到高效、快速提取細(xì)胞內(nèi)容物的過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用高壓脈沖電場(chǎng)和超聲波輔助提取生物燃料的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藍(lán)藻中有價(jià)值物質(zhì)的綜合提取和利用，為治理環(huán)境提供了一條變廢為寶、提升綜合治理效益的有效新型途徑。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種利用高壓脈沖電場(chǎng)和超聲波輔助提取生物燃料的方法，包括以下步驟：

(1)將藍(lán)藻烘干后粉碎，得到藍(lán)藻粉；

(2)按料液比1:10～1:15加入藍(lán)藻粉和水，調(diào)節(jié)pH至8.0～10.0，浸泡、攪拌均勻后，進(jìn)行高壓脈沖電場(chǎng)處理，處理?xiàng)l件為：場(chǎng)強(qiáng)10～25kv，頻率500～3000Hz，脈沖數(shù)6～10；

(3)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后的料液進(jìn)行離心分離，得到上清液和藍(lán)藻渣泥；

(4)將步驟(3)得到的藍(lán)藻渣泥，加入1～2倍體積水、2～3倍體積甲醇和2～4倍體積氯仿，攪拌混勻，進(jìn)行超聲波處理，處理?xiàng)l件為：

超聲波輸出功率100～400w，頻率為18～21kHz，超聲時(shí)間為2～10s，間隔時(shí)間為2～10s，處理時(shí)間為10～30min；

(5)將經(jīng)過(guò)步驟(4)處理的混合液經(jīng)離心，取氯仿層，再加入氯化鈉溶液，混勻，離心，取氯仿層，氯仿層經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥后，用氮?dú)獯蹈扇軇?，置于烘箱中烘干，再?jīng)過(guò)酸催化酯交換反應(yīng)獲得藍(lán)藻生物燃料。

所述的利用高壓脈沖電場(chǎng)和超聲波輔助提取生物燃料的方法，還包括以下步驟：

(6)將步驟(3)得到的上清液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮，加入乙醇醇析，于3～5℃靜置10h以上，過(guò)濾得到沉淀物，沉淀物加水復(fù)溶，再次進(jìn)行醇析，重復(fù)多次，再將所得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚和丙酮進(jìn)行洗滌，真空干燥后得到藍(lán)藻多糖提取物。

步驟(1)所述烘干，具體為：置于40～60℃烘箱中烘干12～24h，至恒重。

步驟(2)所述浸泡，具體為：浸泡20～30min。

步驟(5)所述將經(jīng)過(guò)步驟(4)處理的混合液經(jīng)離心，取氯仿層，再加入氯化鈉溶液，混勻，離心，取氯仿層，氯仿層經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥后，用氮?dú)獯蹈扇軇?，置于烘箱中烘干，再?jīng)過(guò)酸催化酯交換反應(yīng)獲得藍(lán)藻生物燃料，具體為：

將經(jīng)過(guò)步驟(4)處理的混合液離心，取氯仿層，再加入等體積氯化鈉溶液，混勻，離心，取氯仿層，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥后，用氮?dú)獯蹈扇軇?，加入濃硫酸，甲醇，?0～60℃保溫反應(yīng)2～10h，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中靜置分層，棄去下層，將上層粗制生物柴油先用等體積的石油醚洗滌,離心，取上層有機(jī)相并用兩倍體積的45～50℃蒸餾水洗滌,然后離心,直至完全透明，分離出上層透明的油相,用無(wú)水硫酸鈉干燥后,30～50℃真空干燥將石油醚蒸發(fā)干凈,得到澄清透明的產(chǎn)品即為藍(lán)藻生物燃料。

步驟(6)所述加入乙醇醇析，具體為：加入濃縮液3～5倍體積的95％乙醇于3～5℃靜置10h以上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明將經(jīng)過(guò)脈沖電場(chǎng)處理后的料液進(jìn)行離心分離，上清液用于提取藍(lán)藻多糖，固體殘?jiān)糜谔崛∩锶剂?，?shí)現(xiàn)了對(duì)藍(lán)藻中有價(jià)值物質(zhì)的綜合提取和利用，為治理環(huán)境提供了一條變廢為寶、提升綜合治理效益的有效新型途徑。

(2)本發(fā)明先利用脈沖電場(chǎng)輔助提取藍(lán)藻多糖，通過(guò)高壓脈沖電場(chǎng)能對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜產(chǎn)生電穿孔效應(yīng)，改變其通透性，使胞內(nèi)多糖從細(xì)胞萃取到溶劑中，得到純度較高的多糖提取液，同時(shí)也為后續(xù)提取生物燃料除去部分雜質(zhì)，再利用超聲波產(chǎn)生的空化、振動(dòng)、粉碎、攪拌等綜合效應(yīng)進(jìn)一步破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，提取胞內(nèi)和胞外的生物燃料成分，即先提取胞內(nèi)活性物質(zhì)，再對(duì)殘?jiān)M(jìn)行綜合提取利用，起到分級(jí)提取的效果。

(3)本發(fā)明先以水為溶劑，利用脈沖電場(chǎng)輔助提取藍(lán)藻多糖，再經(jīng)過(guò)離心分離，對(duì)殘?jiān)M(jìn)行超聲波輔助提取生物燃料，將目標(biāo)物萃取至有機(jī)溶劑相(氯仿)中，兩個(gè)提取過(guò)程分別采用了極性(水)和弱極性(氯仿)兩種極性不同的溶劑進(jìn)行提取，充分利用了溶劑和目標(biāo)提取物的相似相溶原理，提高了目標(biāo)提取物的萃取效率和純度。

(4)本發(fā)明利用脈沖電場(chǎng)輔助提取藍(lán)藻多糖，利用超聲波輔助提取生物燃料，充分發(fā)揮了物理場(chǎng)輔助提取的優(yōu)勢(shì)，不僅提高了目標(biāo)物的提取率，而且節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間和溶劑使用量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

在水華藍(lán)藻大量發(fā)生的水體中，用浮游生物網(wǎng)收集藍(lán)藻，將收集獲得的藍(lán)藻泥置于50℃烘箱中烘干24h，至恒重后，進(jìn)行粉碎，過(guò)80目篩，得到藍(lán)藻粉。按料液比1:10加入藍(lán)藻粉和水，調(diào)節(jié)pH至9.0，浸泡30min攪拌均勻后，用液體泵將料液連續(xù)泵入高壓脈沖電場(chǎng)機(jī)組中，處理?xiàng)l件為：場(chǎng)強(qiáng)25kv，脈沖數(shù)8。將高壓脈沖電場(chǎng)處理后的料液，進(jìn)行離心分離，分別收集上清液和固體殘?jiān)?，得到多糖提取液和藍(lán)藻渣泥。

對(duì)多糖提取液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮4倍后，加入4倍體積95％乙醇醇析，于4℃冰箱中靜置12h，過(guò)濾得到的沉淀物加水復(fù)溶，再次進(jìn)行醇析，如此三次，再將所得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚和丙酮進(jìn)行洗滌，真空干燥后得到藍(lán)藻多糖提取物。本實(shí)施例較傳統(tǒng)水提法多糖的得率提高15％。

對(duì)離心分離得到的藍(lán)藻渣泥，加入1倍體積水、2.5倍體積甲醇和2倍體積氯仿，攪拌混勻，置于超聲波提取器中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為：超聲波輸出功率為每1L混合液200w，頻率為21kHz，超聲時(shí)間為5s，間隔時(shí)間為5s，處理時(shí)間為20min。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的混合液離心，取氯仿層，再加入等體積0.1％氯化鈉溶液，混勻，離心，取氯仿層，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥后，用氮?dú)獯蹈扇軇?，加入等體積濃硫酸，30倍體積甲醇，于45℃保溫反應(yīng)6h，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中靜置分層，棄去下層，將上層粗制生物柴油先用等量的石油醚洗滌,離心，取上層有機(jī)相并用兩倍體積的50℃蒸餾水洗滌,然后離心,直至完全透明。分離出上層透明的油相,用無(wú)水硫酸鈉干燥后,40℃真空干燥將石油醚蒸發(fā)干凈,得到澄清透明的產(chǎn)品即為藍(lán)藻生物燃料。本實(shí)施例較沒(méi)有經(jīng)過(guò)超聲波處理方法生物燃料的得率提高15％，得到的藍(lán)藻生物燃料符合國(guó)家生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，熱值為41MJ/kg。

實(shí)施例2

在水華藍(lán)藻大量發(fā)生的水體中，用浮游生物網(wǎng)收集藍(lán)藻，將收集獲得的藍(lán)藻泥置于30℃烘箱中烘干24h，至恒重后，進(jìn)行粉碎，過(guò)80目篩，得到藍(lán)藻粉。按料液比1:12加入藍(lán)藻粉和水，調(diào)節(jié)pH至9.0，浸泡30min攪拌均勻后，用液體泵將料液連續(xù)泵入高壓脈沖電場(chǎng)機(jī)組中，處理?xiàng)l件為：場(chǎng)強(qiáng)25kv，脈沖數(shù)10。將高壓脈沖電場(chǎng)處理后的料液，進(jìn)行離心分離，分別收集上清液和固體殘?jiān)?，得到多糖提取液和藍(lán)藻渣泥。

對(duì)多糖提取液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮4倍后，加入3倍體積95％乙醇醇析，于3℃冰箱中靜置12h，過(guò)濾得到的沉淀物加水復(fù)溶，再次進(jìn)行醇析，如此三次，再將所得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚和丙酮進(jìn)行洗滌，真空干燥后得到藍(lán)藻多糖提取物。本實(shí)施例較傳統(tǒng)水提法多糖的得率提高17％。

對(duì)離心分離得到的藍(lán)藻渣泥，加入1倍體積水、2.5倍體積甲醇和2倍體積氯仿，攪拌混勻，置于超聲波提取器中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為：超聲波輸出功率為每1L混合液200w，頻率為21kHz，超聲時(shí)間為10s，間隔時(shí)間為10s，處理時(shí)間為20min。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的混合液離心，取氯仿層，再加入等體積0.1％氯化鈉溶液，混勻，離心，取氯仿層，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥后，用氮?dú)獯蹈扇軇?，加?0％體積濃硫酸，40倍體積甲醇，于40℃保溫反應(yīng)6h，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中靜置分層，棄去下層，將上層粗制生物柴油先用等量的石油醚洗滌,離心，取上層有機(jī)相并用兩倍體積的50℃蒸餾水洗滌,然后離心,直至完全透明。分離出上層透明的油相,用無(wú)水硫酸鈉干燥后,45℃真空干燥將石油醚蒸發(fā)干凈,得到澄清透明的產(chǎn)品即為藍(lán)藻生物燃料。本實(shí)施例較沒(méi)有經(jīng)過(guò)超聲波處理方法生物燃料的得率提高13％,得到的藍(lán)藻生物燃料符合國(guó)家生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，熱值為41MJ/kg。

實(shí)施例3

在水華藍(lán)藻大量發(fā)生的水體中，用浮游生物網(wǎng)收集藍(lán)藻，將收集獲得的藍(lán)藻泥置于60℃烘箱中烘干24h，至恒重后，進(jìn)行粉碎，過(guò)80目篩，得到藍(lán)藻粉。按料液比1:15加入藍(lán)藻粉和水，調(diào)節(jié)pH至9.5，浸泡30min攪拌均勻后，用液體泵將料液連續(xù)泵入高壓脈沖電場(chǎng)機(jī)組中，處理?xiàng)l件為：場(chǎng)強(qiáng)20kv，脈沖數(shù)10。將高壓脈沖電場(chǎng)處理后的料液，進(jìn)行離心分離，分別收集上清液和固體殘?jiān)?，得到多糖提取液和藍(lán)藻渣泥。

對(duì)多糖提取液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮5倍后，加入5倍體積95％乙醇醇析，于5℃冰箱中靜置12h，過(guò)濾得到的沉淀物加水復(fù)溶，再次進(jìn)行醇析，如此三次，再將所得到的沉淀物依次用無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚和丙酮進(jìn)行洗滌，真空干燥后得到藍(lán)藻多糖提取物。本實(shí)施例較傳統(tǒng)水提法多糖的得率提高15％。

對(duì)離心分離得到的藍(lán)藻渣泥，加入1倍體積水、2.5倍體積甲醇和2倍體積氯仿，攪拌混勻，置于超聲波提取器中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為：超聲波輸出功率為每1L混合液200w，頻率為21kHz，超聲時(shí)間為2s，間隔時(shí)間為2s，處理時(shí)間為30min。將經(jīng)過(guò)超聲波處理的混合液離心，取氯仿層，再加入等體積0.1％氯化鈉溶液，混勻，離心，取氯仿層，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥后，用氮?dú)獯蹈扇軇尤氲润w積濃硫酸，50倍體積甲醇，于40℃保溫反應(yīng)8h，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中靜置分層，棄去下層，將上層粗制生物柴油先用等量的石油醚洗滌,離心，取上層有機(jī)相并用兩倍體積的50℃蒸餾水洗滌,然后離心,直至完全透明。分離出上層透明的油相,用無(wú)水硫酸鈉干燥后,40℃真空干燥將石油醚蒸發(fā)干凈,得到澄清透明的產(chǎn)品即為藍(lán)藻生物燃料。本實(shí)施例較沒(méi)有經(jīng)過(guò)超聲波處理方法生物燃料的得率提高13％,得到的藍(lán)藻生物燃料符合國(guó)家生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，熱值為41MJ/kg。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。