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海洋生物学学报, 2013 年, 第 2 卷, 第 1 篇 doi: 10.5376/jmb.cn.2013.02.0001
收稿日期: 2012年12月24日 接受日期: 2013年01月21日 发表日期: 2013年12月24日
Kumar et al., 2013, Biodiesel Fuel Production from Marine Microalgae Isochrysis galbana, Pavlova lutheri, Dunaliella salina and Measurement of its Viscosity and Density, Haiyang Shengwu Xuebao(online), Vol.2 No.1 (doi: 10.5376/jmb.cn.2013.02.0001)
生物柴油是一种燃料,来源于脂肪和油的酯交换反应。它是可再生、无毒环保燃料,减少二氧化碳和二氧化氮的排放量,微藻是已知含有比海藻和其他油料作物更多的脂质含量。在这项研究中,我们从三种微藻提取生物柴油,分别是球等鞭金藻,路氏巴夫藻,杜氏盐藻,还测量了这些从微藻获得的生物燃料的密度和粘度。路氏巴夫藻产生油比其他两种藻更多,杜氏盐藻遗留下来的生物更多。从这些微藻得到的生物柴油密度为0.86 g/cm3和0.90 g/cm3之间,粘稠度在范围3.92平方毫米/秒到4.5毫米/秒,比其他油的密度更高。
引言:由于工业化和人口的增加,对能源的需求不断增加。这种能源的基本来源是石油、天然气、煤炭、水电和核能(Kulkurni, 2006)。生物质能是一种更好的能源来源(Kulkurni, 2006)。 大规模利用生物质能源可能有助于可持续发展的几个方面,环境,社会和经济(Turkenburg, 2000)。 生物柴油是一种替代燃料,这是通过与一元醇的酯交换反应得到的甘油三酯油。据报道,从低油菜和大豆,棕榈油,葵花籽油,藻类提取的生物柴油替代柴油。(Lang et al., 2002; Spolaor et al., 2006)
生物柴油是一种无毒的和可生物降解的从可再生能源产生的替代燃料,大量的化石燃料的燃烧增加了大气中的二氧化碳和其他温室气体的排放量,造成全球变暖。生物量已经被视为一种替代能源。由于它是一种可再生资源,它通过光合作用将大气中的二氧化碳固定在大气中。海藻生产的油比棕榈油多7到31倍。从海藻中提取油是很简单的,微藻有一个高效的光合系统。微藻比宏观藻类有更多的石油,而且它更快更容易生长。藻类油的最显著的区别是产量,因为它的生物柴油产量。根据一些估计,与表现最好的植物油相比,藻类的产油量(每英亩)超过200 (Sheehan et al., 1998)。几种研究证实生物柴油在水介质和土壤中的良好的生物降解性,这也在混合的生物柴油和柴油中观察到(Pasqualino et al., 2006)。植物来源的生物柴油似乎比食用油更能提高生物降解比用食用油提高可生化性(Pereira and Mudge, 2004)。生物柴油是通过所谓的酯交换反应生产,一般酯交换反应可以由碱或酸催化。同时,在均相催化中碱催化是一个比酸催化更为迅速的过程。(Freedom et al., 1984)
运动粘度和密度是生物柴油和柴油标准所需的参数由于柴油机的主要燃料特性。在柴油机中,液体燃料喷入压缩空气中,雾化成小油滴在喷嘴出口附近粘度影响,雾化质量、燃料滴的大小和渗透性(Hewood, 1988; Lichty, 1967)。密度是一个关键的燃料属性,它直接影响发动机的性能特点。许多特性,如辛烷值和热值,和密度是同类的。(Tat et al., 2000)
1 结果与讨论
微藻油生产的重要性是高脂产量和高的生物量生产力,可以影响生产成本(Rodolfi et al., 2009)。因此,从表1中可看出,用于生物柴油生产三微型藻类的大部分的油是从脂肪含量高的路氏巴夫藻中获得的。这三个微藻生产的生物柴油的pH值之间没有显着差异。我们的研究结果表明,从微藻获得的生物柴油比宏观藻类获得的含有更多的脂质含量。在不同的报告里也一样。在我的研究里有观察到,生物柴油的密度并没有改变了很多,因为甲醇和油的密度是接近所产生的生物柴油的密度(Graboski et al., 1998),所以在我们的研究结果里,生物柴油的密度变化0.86克/立方厘米和0.90克/立方厘米之间,这在表2中描述。粘度值的范围从3.92平方毫米/秒到4.5毫米/秒比柴油燃料的高。因此,藻类是生物柴油生产的经济选择,因为它的可用性和丢失的成本,并能够满足全球运输燃料的需求。像植物一样,微型藻类利用太阳光产生油,但它们比作物产生油更有效率。因此这些微型藻类的石油生产力大大超过了最好的石油作物的石油生产力。进一步的研究是对这些微藻生物柴油的生产,其化学分析和统计意义。(表1; 表 2)
表 1 藻类鲜重和干重、提取量和生物量的测定 |
表 2 生物柴油的密度和粘度分析 |
2材料与方法
2.1藻类培养
藻类即球等鞭金藻、路氏巴夫藻,杜氏盐藻从杜蒂戈林的中央海洋渔业研究所获得,藻类在改良的沃尔尼培养基中培养。藻类在低照度高达50µ摩尔•M-1•S-1和无限的充气条件下培养生长一周,温度调整为25度左右不低于高于两度。
2.2生物柴油提取
2.2.1采油
藻类尽可能与发电机和杵相接地。在80度的孵化器中去除水,结果20分钟内地面藻类干了。正己烷和乙醚(1:1)溶液与干燥的地面藻类充分混合来提取油。混合物24小时保持沉淀。
2.2.2生物质提取
生物质过滤与称重后被收集。
2.2.3蒸发
提取的油使用旋转蒸发器进行真空蒸发释放正己烷和乙醚溶液。
2.2.4混合催化剂甲醇
0.25克氢氧化钠混合25 mL甲醇和适当搅拌20分钟。
2.2.5生物柴油生产
将催化剂和甲醇的混合物倒入一个锥形瓶内的藻油中。以下是随后的反应和步骤。
2.2.6酯
这种反应过程被称为酯交换反应(图1)。装有溶液的锥形瓶在300转时的电动振动筛被摇了3小时。
图 1 酯交换反应过程 |
2.2.7静置
振荡溶液后将被保持为16小时的静置,以让生物柴油和沉积物层清楚。
2.2.8分离生物柴油
生物柴油将从沉积物中用分离沉淀瓶仔细分离。量的沉积物要进行测量,甘油,颜料等。
2.2.9水洗
生物柴油被6%的水彻底清洗直到它变得干净。
2.2.10干燥和储存
生物柴油被保存在干燥器中,产物将被量筒测量。进行了pH值评价和存储的分析。
2.3密度的测量
密度被定义为一个由它的体积分离出来的物体。ASTM标准D941试验法测定生物柴油燃料的密度。在15℃下利用安东帕(DMA 35n)进行测量。对每个样本进行了五次测量,最终结果均为平均值。测得的密度和每个藻类生物燃料计算值列于表1。
2.4粘度测量
粘度被定义为对流体的跟随性的阻力,为了测量藻类生物燃料的粘度,标准试验方法ASTM D445将作为测量方法。通过粘度计管常数,动黏滞率决定在40℃,通过增加粘度计管常数和测定流出时间。这是一个已知体积的液体在重力作用下通过校准的玻璃毛细管粘度计管的时间。粘度的测量为每个样品做了五次,结果是平均值。
Freeman D., Pryde E.H., and Mounts T.L., 1984, Variables affecting the yields of fatty esters from transesterified vegetable oils, J. Am. Oil Chem. Soc., 61: 1638-1643