本發(fā)明涉及生物燃油，具體涉及一種生物油脂制備高質(zhì)燃油的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的不斷增長和化石燃料資源的逐漸枯竭，開發(fā)可持續(xù)、環(huán)保的替代能源已成為迫切需求。生物油脂作為一種可再生資源，因其低碳排放和廣泛的原料來源而備受關(guān)注。目前，如何充分有效地利用生物質(zhì)資源已成為人們爭相研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。

2、現(xiàn)階段微藻制備生物燃料已得到世界各國政府和研究者的高度關(guān)注。微藻生物燃料被認(rèn)為是繼糧食和纖維素生物燃料后的第三代生物燃料，藻類即將成為最重要的生物燃料來源之一，廣泛使用微藻能源可以顯著緩解化石能源給社會(huì)和環(huán)境帶來的負(fù)面影響，將會(huì)成為未來生物能源開發(fā)的趨勢。微藻是一類結(jié)構(gòu)簡單、生長迅速的低等植物，它在全球的分布極廣，有些微藻由于含有豐富的油脂，是制備生物能源潛在的優(yōu)質(zhì)原料。

3、微藻能源化利用可采用萃取酯化法，先將脂類從微藻細(xì)胞萃取分離出來再經(jīng)酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生物燃油。然而，微藻由蛋白質(zhì)、多糖和脂類等生化組分構(gòu)成，單純的利用萃取酯化法只能利用其中的脂類組分，并且還會(huì)伴隨著大量副產(chǎn)物粗甘油的產(chǎn)生，高含量的粗甘油會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物的增加，故粗甘油的處理和再利用也是行業(yè)中亟待解決的技術(shù)難題。

4、另一方面，制備生物燃油酯交換過程是一個(gè)可逆過程，這導(dǎo)致利用酯交換制備生物燃油的產(chǎn)率不高。反應(yīng)平衡的限制使得整體反應(yīng)向正向進(jìn)行的效率較低，故催化劑的選擇和優(yōu)化至關(guān)重要，目前，常用的催化劑如堿性催化劑（naoh、koh）和酸性催化劑（h2so4）存在穩(wěn)定性差、易失活等問題。因此，有必要進(jìn)行深入研究和開發(fā)一種高效、穩(wěn)定、低成本的催化劑以提高生物燃油產(chǎn)率。

5、因此，需要提供一種生物油脂制備高質(zhì)燃油的方法以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種生物油脂制備高質(zhì)燃油的方法，能夠通過微藻和酵母菌混合培養(yǎng)提高生物油脂轉(zhuǎn)化率并利用生物油脂制備高質(zhì)燃油的同時(shí)提高生物燃油的產(chǎn)率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種生物油脂制備高質(zhì)燃油的方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：制備生物油脂，通過將含油的工業(yè)微藻和酵母菌混合物構(gòu)建藻-菌系統(tǒng)進(jìn)行混合培養(yǎng)后，萃取得到生物油脂；

4、步驟s2：制備ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑，通過將ba(oh)2溶液、cuso4溶液混合均勻，加入多壁碳納米管浸漬，過濾，用去離子水洗滌后，真空干燥，煅燒后制得ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑；

5、步驟s3：制備高質(zhì)燃油，將步驟s1中制得的生物油脂、ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑、甲醇混合均勻，攪拌反應(yīng)，離心，蒸發(fā)，洗滌，干燥，制得高質(zhì)燃油。

6、本發(fā)明通過構(gòu)建藻-菌系統(tǒng)制備生物油脂，在藻-菌系統(tǒng)中，微藻通過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物可以作為酵母菌生長所需的碳源，并且酵母菌代謝產(chǎn)生的二氧化碳又可以被微藻用于光合作用，形成一個(gè)高效的物質(zhì)循環(huán)體系。這種共生關(guān)系不僅能夠促進(jìn)微藻和酵母菌的生長，還能增加細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)含量即提高微藻中甘油三酯和酵母菌中脂肪酸的積累，提高生物油脂的產(chǎn)出，再結(jié)合萃取后與甲醇在ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑催化下反應(yīng)進(jìn)一步提高生物燃油的產(chǎn)率。

7、本發(fā)明通過工業(yè)微藻中甘油三酯與甲醇酯交換產(chǎn)生生物燃油的同時(shí)還會(huì)有副產(chǎn)物粗甘油的產(chǎn)生，為了有效利用粗甘油，協(xié)同酵母菌的另一個(gè)目的就是使粗甘油可以和酵母菌產(chǎn)生的脂肪酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化為甘油脂肪酸酯，后續(xù)可作為生物燃料使用，降低副產(chǎn)物的同時(shí)又提高了生物油脂轉(zhuǎn)化率。

8、本發(fā)明制備了一種ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑，利用多壁碳納米管有比表面積大的優(yōu)勢，作為載體負(fù)載金屬時(shí)避免了采用傳統(tǒng)的氧化物催化活性低，比表面積小的問題，利用ba(oh)2的高催化活性結(jié)合cu元素促進(jìn)醇中的化學(xué)鍵o-h極化，降低其斷裂所需的能量，從而活化底物，降低反式酯交換，并且利用多壁碳納米管作為載體增大反應(yīng)物與催化劑的接觸面積以加快反應(yīng)速率，更好地實(shí)現(xiàn)生物油脂在酯交換過程中轉(zhuǎn)化為生物燃油；負(fù)載后的催化劑還可以通過過濾去除，以便于重復(fù)回收利用。

9、可選的，所述步驟s1中，將含油的工業(yè)微藻、酵母菌混合物、濃度為1.5%的nacl溶液置入封閉式光生物反應(yīng)器中攪拌均勻，混合培養(yǎng)，離心，棄上清取固相，用蒸餾水洗滌5~10次后，在60℃下干燥12~18h，加入氯仿和甲醇的混合溶液進(jìn)行萃取后，用濃度為0.9%的nacl溶液洗滌后，離心，棄上清取固相，在80℃氬氣流下干燥30~60min制得生物油脂。

10、本發(fā)明通過在封閉的環(huán)境中進(jìn)行，酵母菌消耗一定氮源為微藻構(gòu)造氮限制環(huán)境結(jié)合鹽脅迫效應(yīng)，由于低鹽度水平下的離子平衡和滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制能夠有效維持細(xì)胞的正常生理功能，另外共用氮源也使酵母菌生長環(huán)境中氮源得到限制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微藻中脂質(zhì)的合成進(jìn)而促進(jìn)大量甘油三酯的生成，也會(huì)更好地實(shí)現(xiàn)其脂肪酸的積累，甘油三酯和脂肪酸的高產(chǎn)量進(jìn)一步提高后續(xù)生產(chǎn)生物燃油的產(chǎn)率；另外混合培養(yǎng)離心后使用蒸餾水來洗滌微生物細(xì)胞主要是為了去除細(xì)胞表面的雜質(zhì)，如殘留的鹽類、代謝廢物以提高后續(xù)脂質(zhì)提取的純度。

11、本發(fā)明中通入氬氣以提供一個(gè)惰性氣體環(huán)境，防止生物油脂與空氣中的氧氣接觸而發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致油脂變質(zhì)，產(chǎn)生不良?xì)馕?、味道，甚至形成有害物質(zhì)，因此，使用氬氣可以有效保護(hù)油脂，保持其品質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)也有助于提高最終產(chǎn)品的純度和穩(wěn)定性。

12、可選的，所述氯仿和甲醇的混合溶液中氯仿與甲醇的體積份數(shù)比為2：1；所述混合培養(yǎng)在180~300r/min下進(jìn)行，混合培養(yǎng)時(shí)間為7~10天，混合培養(yǎng)溫度為30℃；所述步驟s1中，離心的速率均為3000~4000r/min，離心的時(shí)間均為15~30min。

13、本發(fā)明在30℃的條件下培養(yǎng)更有利于酵母和微藻的生長，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)脂質(zhì)的生產(chǎn)，并且有利于脂質(zhì)的積累，并且在最佳生長溫度范圍內(nèi)，有助于酵母和微藻快速繁殖和代謝活性物質(zhì)的生產(chǎn)，進(jìn)一步提高生物油脂的轉(zhuǎn)化率。

14、可選的，所述步驟s1中，酵母菌混合物包括裂殖酵母、漢遜酵母、啤酒酵母、皮狀絲孢酵母、畢赤酵母、克魯維酵母。

15、可選的，所述步驟s2中，ba(oh)2溶液由ba(oh)2粉末混合于去離子水中，經(jīng)磁力攪拌后，過濾后制得；其中，ba(oh)2粉末與去離子水的質(zhì)量份數(shù)之比為1：（25~30）。

16、可選的，所述步驟s2中所述cuso4溶液的濃度為0.2%~0.3%。

17、可選的，所述步驟s2中，浸漬的時(shí)間為18~24h，用去離子水洗滌的次數(shù)為3~5次，真空干燥的溫度為50~60℃、時(shí)間為8~10h，煅燒的溫度為500~600℃、時(shí)間為20~30min。

18、可選的，所述步驟s3中，將步驟s1中制得的生物油脂、甲醇、ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑在70~80℃的條件下攪拌4~6h，反應(yīng)完成后在3000~4000r/min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行離心10~20min后，收集上層液體，在50~60℃下進(jìn)行蒸發(fā)1~2h，最后用80~90℃的去離子水沖洗后，在130℃干燥12~18h制得高質(zhì)燃油。

19、本發(fā)明中蒸發(fā)是為了去除生物燃油中過量的甲醇，提高制備的生物燃油的品質(zhì)。

20、可選的，所述高質(zhì)燃油包括如下重量份數(shù)的原料：生物油脂70~100份、甲醇100~150份、ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑0.5~1.7份。

21、可選的，所述生物油脂包括如下體積份數(shù)的原料：含油的工業(yè)微藻75~100份、裂殖酵母1份、漢遜酵母1份、啤酒酵母1份、皮狀絲孢酵母1份、畢赤酵母1份、克魯維酵母1份、濃度為1.5%的nacl溶液200~300份、氯仿和甲醇的混合溶液200份；所述ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑包括如下重量份數(shù)的原料：ba(oh)2粉末15份、cuso4溶液400份、多壁碳納米管200~300份。

22、本發(fā)明使用的多壁碳納米管的比例過高時(shí)，多壁碳納米管載體負(fù)載銅、鋇離子率少，比例過低時(shí)，銅、鋇離子剩余過多，增加成本。

23、本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率、高轉(zhuǎn)化率的同時(shí)提高了生物燃油的品質(zhì)。

24、本發(fā)明的上述技術(shù)方案至少包括以下有益效果：

25、本發(fā)明通過將含油的工業(yè)微藻和酵母菌混合物構(gòu)建藻-菌協(xié)同共生以優(yōu)化生物油脂的積累，極大提高了生物燃油原料的產(chǎn)出，并采用ba(oh)2/cu復(fù)合納米催化劑加速酯交換的正向反應(yīng)效率，不僅提升了生物燃油的生產(chǎn)速率，還便于催化劑的回收與循環(huán)使用，增強(qiáng)了工藝的可持續(xù)性與經(jīng)濟(jì)性。

26、同時(shí)通過工業(yè)微藻中甘油三酯與甲醇酯交換產(chǎn)生生物燃油的同時(shí)還會(huì)有副產(chǎn)物粗甘油的產(chǎn)生，通過裂殖酵母菌等酵母菌將副產(chǎn)物粗甘油與自身產(chǎn)生的脂肪酸轉(zhuǎn)化成甘油脂肪酸酯，不僅減少了副產(chǎn)物的浪費(fèi)，提高了生物油脂的轉(zhuǎn)化率，還額外增加了生物燃料的總產(chǎn)量，體現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和生物煉制的集成優(yōu)化。

27、本發(fā)明通過利用ba(oh)2的高催化活性結(jié)合cu元素促進(jìn)醇中的化學(xué)鍵o-h極化，降低其斷裂所需的能量，從而活化底物，降低反式酯交換，并利用多壁碳納米管作為載體增大反應(yīng)物與催化劑的接觸面積以加快反應(yīng)速率，更好地實(shí)現(xiàn)生物油脂在酯交換過程中轉(zhuǎn)化為生物燃油，且該催化劑可過濾除去后重復(fù)回收利用。