微藻制备生物柴油的研究进展-生物科学毕业论文定稿1

分类号分类号 密密级级 编编号号 毕业论文 题题目目微藻制备生物柴油的研究进展微藻制备生物柴油的研究进展 学学院院 生命科学与化学学院生命科学与化学学院 专专业业 生物科学生物科学 姓姓名名 白白 满满 元元 学学号号 262010301 班班级级 06 生科（生科（3）班）班 指 导 教 师指 导 教 师 李李 一一 婧婧 提 交 日 期提 交 日 期2010 年年 5 月月 24 日日 天 水 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文 评 定 表天 水 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文 评 定 表 作者姓名作者姓名白满元性别男学号学号262010301 二级学院二级学院 生命科学与化学学 院 专业专业生物科学 论文题目论文题目微藻制备生物柴油的研究进展 英文名称英文名称ADVANCEIN PRODUCTION OF BIODIESEL FROM MICROALGAE 论文字数论文字数8682 关关 键键 词词 中文中文微藻生物柴油光生物反应器工程微藻生物炼制 外文外文 biodieselfrommicroalgaephotobioreaactorengineeringmicroalgae biorefinery 摘摘 要要 中文中文 本 文 综 述 了 近 几 年 来 国 内 外 利 用 微 藻 制 取 生 物 柴 油 的 最 新 进 展 ,对 利 用 微 藻 制 取 生 物 柴 油 的 研 究 历 史 以 及 微 藻 的 选 育 、 培 养、 微藻油脂 的生物炼制的 方法和技术进 行总结与概括,并将微 藻 与 其 他 能 源 作 物 制 取 的 生 物 燃 料 作 比 较 ,指 出 微 藻 是 一 种 具 有 广 阔 应 用 前 景 的 可 再 生 能 源 ,并 初 步 展 望 了 微 藻 产 油 研 究 的 未来发展 方向。 外文外文 The latest progress in making bio-diesel from microalgae is introduced in this paper. The history of making bio-diesel from microalgae and the method and technology of microalgae screening ,cultivation and biorefinery of microalgaelipid sare also summarized. Meanwhile, the production of bio-fuels frommicroalgae and other energy crops are compared. It is concludedthatmakingbio-dieselfrommicroalgaeisapromisingwaytobe developed.Perspective of microalgae cultivation for bio-diesel production are also discussed. 指导教师评定指导教师评定 评定成绩评定成绩指导教师签名指导教师签名 答辩答辩 委员委员 会意会意 见见 答辩委员会主任签字：答辩委员会主任签字： 教务处审核：教务处审核： 注：注：本表由各二级学院按照样表制作，为论文装订第二页。 天水师范学院指导毕业论文（设计）进度表 二级学院生命科学与化学学院专业类别生物科学 指导教师李一婧班级06 生科三班学生姓名白满元 论文题目微藻制备生物柴油的研究进展 指导进度 资 料 收 集 资料来源、资料筛选及其它需要说明的情况 2010 年 1 月 14 日 2010 年 3 月 10 日收集资料。 中文资料主要来源于 CNKI； 英文资料主要来源于 HIGHWIRE； 主要针对其论文内容进行了几次精心的筛选； 论 文 提 纲 初 稿 撰 写 指导学生撰写提纲情况、对学生编写提纲有无修改、初稿完成情况 2010 年 3 月下旬2009 年 5 月整理资料，并指导学生撰写论文提纲和初稿； 经过仔细整理，初稿完成基本符合要求； 修 改 定 稿 学生是否按预定计划完成、对学生初稿有无修改、其他情况 学生按开题中所计划的时间按时完成了相关的写作内容； 对学生初稿修改如下： 1.按要求添加原创性声明、目录等内容 2.参考文献中加入这个国标 3.按毕业论文格式要求进行修改，表格要有英文标题。 4.你的题目是研究历史，可内容与研究不相关。 5.要数据，不要描述性文字。 6.找到政府性文件做为参考文献。标注的顺序 7.检查全文，核实上标和下标。 8.核实英文名称 9.第一次出现要写全称 10.格式不正确 11.与前面几部分内容的顺序调整以下，使全文能够顺畅连接 12.格式不正确 注：1.本表是为配合指导教师按计划指导学生完成论文而制作。 2.本表由毕业论文指导教师认真填写。 3.本表由各二级学院按照样表制作。 天水师范学院毕业论文（综述） 原 创 性 声 明原 创 性 声 明 本 人 郑 重 声 明 ： 本 人 所 呈 交 的 论 文 是 在 指 导本 人 郑 重 声 明 ： 本 人 所 呈 交 的 论 文 是 在 指 导 教 师 的 指 导 下 独 立 进 行 研 究 所 取 得 的 成 果 。 学 位教 师 的 指 导 下 独 立 进 行 研 究 所 取 得 的 成 果 。 学 位 论 文 中 凡 是 引 用 他 人 已 经 发 表 或 未 经 发 表 的 成论 文 中 凡 是 引 用 他 人 已 经 发 表 或 未 经 发 表 的 成 果 、 数 据 、 观 点 等 均 已 明 确 注 明 出 处 。 除 文 中 已果 、 数 据 、 观 点 等 均 已 明 确 注 明 出 处 。 除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 科 研 成 果 。体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 科 研 成 果 。 本 声 明 的 法 律 责 任 由 本 人 承 担 。本 声 明 的 法 律 责 任 由 本 人 承 担 。 论 文 作 者 签 名 ：论 文 作 者 签 名 ： 论 文 指 导 教 师 签 名 ：论 文 指 导 教 师 签 名 ： 年年月月日日 天水师范学院毕业论文（综述） 目目 录录 摘要 1 关键词 1 引言 1 1微藻生物柴油的介绍1 2微藻生物柴油的研究历史2 3. 工程微藻的选育及其研究进展3 4. 微藻的培养4 4.1微藻生物光反应器5 4.1.1 开放式光生物反应器 6 4.1.2 封闭式光生物反应器 6 5微藻脂质的合成6 6脂质的提取与转化7 7展望9 参考文献 9 致谢 12 天水师范学院毕业论文（综述） 1 微藻制备生物柴油的研究进展 作者：白满元作者：白满元指导教师：李一婧指导教师：李一婧 （天水师范学院生命科学与化学学院（天水师范学院生命科学与化学学院 甘肃甘肃 天水天水 741000741000） 【摘要】 本文综述了近几年来国内外利用微藻制取生物柴油的最新进展,对利用微藻制取生物柴油的研究 历史以及微藻的选育、培养、微藻油脂的生物炼制的方法和技术进行总结与概括,并将微藻与其他能源作物 制取的生物燃料作比较,指出微藻是一种具有广阔应用前景的可再生能源,并初步展望了微藻产油研究的未 来发展方向。 【关键词】 微藻生物柴油 光生物反应器 工程微藻 生物炼制 ADVANCEIN PRODUCTION OF BIODIESEL FROM MICROALGAE Bai Man-yuan (School of Life Science and Chemistry,Tianshui Normal University GanSu Tianshui 741000) Abstract: The latest progress in making bio-diesel from microalgae is introduced in this paper. The history of making bio-diesel from microalgae and the method and technology of microalgae screening ,cultivation and biorefinery of microalgaelipid sare also summarized. Meanwhile, the production of bio-fuels frommicroalgae and other energy crops are compared. It is concluded that making bio-diesel from microalgae is a promising way to be developed.Perspective of microalgae cultivation for bio-diesel production are also discussed. Key words: biodieselfrommicroalgae photobioreaactor engineeringmicroalgae biorefinery 引言随着全球气候日益恶化，气温持续上升，控制温室效应，保护人类赖以 生存的自然环境已经成为当前刻不容缓需要解决的问题。据此全球提出了“低碳 经济” 这一战略决策， 同时随着全球资源需求量的不断扩大， 以及可采集的石油、 矿产资源不断的减少，寻找可再生的清洁能源成为当前的热点。微藻生物柴油以 其独特的优势有望成为唯一可以替代石油资源的一种清洁能源。 本文主要就微藻 的选育、培养、及其生物油脂的提取和生物炼制等方面进行了论述。 1微藻生物柴油的介绍 微藻生物柴油是目前一种得到证明的倍受看好的可再生的环保型燃料， 其主 要成份为脂肪酸甲脂（FAME）所以又称燃料甲酯 1,可通过化学法以及生物酶法 天水师范学院毕业论文（综述） 2 由甲醇等醇类物质与油脂中主要成份甘油三酸酯发生酯交换反应获得,从而降低 油料的粘度,改善油料的流动性和汽化性能,达到作为燃料使用的要求。 其性能与 0#柴油相近,可以替代 0#柴油,用于各种型号的拖拉机、内河船及车用柴油机。 其热值约 10 000 大卡/千克,能与 0#柴油混合,无需对现有柴油机进行改动 2。 生 产和使用生物柴油的技术已经存在了多年，由于其优良的环保特性，良好的燃烧 性能，及可再生性而比石油柴油的性能更加优良。 表 1几种生物柴油来源比较 5 Table 1Comparison of som e sources of biodiesel 谷物名称油的产率/ Lha-1 需要耕地的面积 /Mha 占现存美国耕地 的百分比 玉米1721540846 大豆446594326 椰子26899954 油椰子59504524 微藻13690021.1 微藻587004.52.5 注:是指满足美国 1 年 50%交通燃油所需要的油 量; 是指在干重的条件下,油脂含量占微藻生物质的 70%; 是指在干重的条件下,油脂含量占微藻生物质的 30%. 目前，生物柴油主要是以植物和动物脂肪酸及“工程微藻”等水生植物藻类 以及微生物为主 3。比如在美国，主要以大豆为原料，而废弃食用油则是日本的 主要生物柴油制取原料， 近年来,我国也加大了发展生物柴油产业的力度,介于生 物柴油生产的标准化和规范化由石油化工科学研究院等单位起草的我国第一项 生物柴油国家标准,已由国家质监总局批准自 2007 年 5 月 1 日起实施,该生物柴 油国家标准主要涉及 B100 生物柴油(生物柴油含量 100% )的成分、含量、润滑 性能、烷值等方面的详细规范,共包括 17 项技术要求 4。但与动物载体相比以 微藻作为生物柴油的载体具有显著的优势，其优越性（如表 1 所示） 。 从表中我们可见其在满足美国交通燃料的条件下， 微藻作为制备生物柴油的 原料占地面积少（微藻可利用滩涂、盐碱地、荒漠以及海水、盐碱水和荒漠地区 的地下水等进行大规模培养） ，产油量高。且与其他动植物相比，其生长速度快， 生长周期短，含油量高较高，而且可用海水作为天然培养基进行大量繁殖。 目前生物柴油的生产主要是通过使用海水作为海洋微藻培养基并辅以商业 硝酸盐、磷酸盐肥料和几个其它营养素培养微藻,然后通过一系列的物理化学主 法得到生物柴油 6。 2.微藻生物柴油的研究历史 天水师范学院毕业论文（综述） 3 表 2常见微藻脂质含量 11 Table 2Liquid content in microalgae 门类种属名脂质含量(%,占干重) 绿藻门 (Chlorophyta) Botryococcus braunii2975 Chlorella spp.2832 Chlorella protothecoides (autotrophic/heterotrophic) 1555 Dunaliella. tertiolecta3642 Nannochloropsis spp.3168 Nannochlosis spp.2035 Tetraselmis suecica1532 硅藻门 (Bacillariophyta) Cyclotella spp.29 Hantzschia spp.66 Nitzschia spp.2850 Phaeodactylum tricornutum 2030 Thalassiosira pseudonana2131 Cylindrotheca spp.1637 金藻门(choysophyta)Isochrysis spp.2533 早在 20 世纪 60 年代微藻作为生物柴油原料的研究就已经开始。20 世纪 70 年代中东战争等因素导致国际原油供应紧张。美国、日本、澳大利亚等西方国家 为了减少对进口原油的依赖,大力资助微藻培养产油项目 7。虽然利用微藻产油 工艺在当时是可行的,但生产出油的成本比当时石油价格高出好几十个百分点。 有关微藻油脂的探索此后一度集中在获取功能性油脂,如 DHA 8。近年来,随 着现代工业生物技术的发展,已获得更多具有高产油能力或其抗菌能力强的产油 微藻资源,提高了微藻产油的效率。同时 20 世纪 90 年代以来世界经济的快速发 展,对石油需求大大增加,大量使用石油导致能源短缺、环境恶化等问题,世界各 国又开始大力发展微藻产油。 3工程微藻的选育及其研究进展 微藻藻类是最原始的生物之一,通常呈单细胞、丝状体或片状体,结构简单, 整个生物体都能进行光合作用,所以光合作用效率高,生长周期短、速度快。 藻类按大小可分为大藻(如海带、紫菜、裙带菜等)和微藻(为单细胞或丝状 体,直径小于 1mm ) 9。产油微藻，为在一定条件下能将二氧化碳、碳水化合物、 碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为藻体内大量贮存的油脂,且油脂含量超过生 物总量 20%微型藻类 10 。相应地,从产油微藻中提取的油脂称为微藻油脂。 天水师范学院毕业论文（综述） 4 由于微藻较其他植物利用光能产油的效率高， 所以大多数微藻的产油量远远 超过了最好油料作物。其光合作用转化率可达 10%以上，含油量高达 30%，(具体 见表 2)其产量是最好的油料作物的 8-24 倍 11。 微藻是单细胞生物，所以全部生物量可用来制备生物柴油，并且对其进行遗 传改造也相对较容易。根据目前对动植物生产的生物柴油的总计，其只能满足运 输油的 0.3%，所以通过微藻生产生物柴油才是真正解决石化油资源不足这一问 题的根本途径 12。 美国可再生能源实验室在工程微藻方面做了大量的工作,20 世纪 90 年代发 现了影响微藻光合作用的乙酰辅酶 A 羧化酶基因和硝酸还原酶基因,并首次建立 了外源基因导入小球藻的转化系统,并建成“工程微藻” ，即硅藻类的一种“工程 小环藻” 13 。该种藻类在实验室条件下可使脂质质量分数高达 60%以上，户外 生长也可达 40%以上，预计每平方米“工程微藻”每年可以生产约 116L 柴油。 微藻作为生物柴油原料，要有很高的生物量和肥质量才具有竞争优势。据目 前研究显示，许多条件对其脂质含量的积累都有会有很大的影响，微藻的脂质含 量因种类和个体的不同而差异很大，占干重比 1%70%，特定条件下可达 80% 90%（如缺 N，Si 的情况下） 14。同时培养基中的盐度、CO2 的浓度、Fe 离子 浓度 15及 IAA16都会对微藻的生长和脂质积累产生影响。 目前在我国清华大学的缪晓玲 17等通过异养转化细胞工程技术获得了高脂 质含量的异养小球藻细胞，脂质含量达细胞干重的 55，是自养藻细胞的倍。 以中科院各研究所为代表的相关研究机构目前已经筛选出富烃微藻。 美国能源部 从 1978-1996 年通过“水生生物种计划” ，已筛选出 300 多种生长快，脂质含量 达 40%-60%的微藻，分属绿藻、硅藻、蓝藻等 14。19902000 年，日本国际贸 易和工业部资助了一项名为 “地球研究更新技术计划” 的项目， 耗资 3 亿多美元， 筛选出多种耐高 CO2浓度和高温、生长速度快、能开成高细胞密度的藻种。 微藻生物柴油是目前最为主流的微藻生物质能利用形式,国内外开展了大量 研究。 随着分子生物技术的大力发展，对微藻进行工程改造已经进入了相当规模 的研究，目前主要从以下几个方面着手： （1）外源 DNA 导入目前能将外源 DNA 导入微藻中的技术有基因枪法、玻 璃珠法、金刚砂法和电击法，但是基因枪法是最普遍的。为了增加外源基因高表 达率，在载体中加入核基质结合区，已成功运用在微藻中 18。 （2）筛选标记及启动子标记和启动子是外源基因能否表达的关键所在， 目前主要运用的筛选标记因子有卡那霉素抗性基因 nptII，抗生素 Zeocin 的耐 药基因 sh-ble，N乙酰化在基因 nat1，硫解离子输运蛋白质基因 sat1 等。 启动子方面乙酰辅酶 A 羧化酶 ACC1 和叶绿体 a/c 结合蛋白基因 fcp 启动子得到 天水师范学院毕业论文（综述） 5 广泛的应用 19。 （3）相关基因研究脂肪酸生物合成途径以丙酮酸合成的乙酰 COA 为底 物，经乙酰辅酶 A 羧化酶（ACCase）催化进入脂肪酸合成途径，这是酶促使反应 整个合成过程中的限速的关键步骤，因此 ACCase 是关键限速酶。目前在“工程 微藻”研究中，主要是提高 ACC 基因的表达效率，来控制脂质积累水平 20-22。 4微藻的培养 微藻培养技术是影响微藻生物质合成速率的另一关键因素。 在自然界微藻被归 类为自养型微生物,因其细胞内存在光合作用系统 PSII 也被称为微藻植物。 人工 培养过程中依据是否需要外界提供有机物来维持生活将微藻分为自养微藻和异 养微藻、混养微 23。微藻自养具有耗能少,容易生长。但目前还存在生长速率较 低、采收成本偏高、细胞密度较低、产率也较低、占地面积较大、生长周期偏长 等问题。 微藻异养培养不受光照的影响,生长较自养快,因此可以取得更高的产量, 同时可缩短培养周期。微藻的异养一般是发酵，异养培养基一般都是在自养培养 基的基础上适量添加有机物后改进而成的。但是异养微藻能耗高,培养成本高, 目前普遍用来生产高附加值脂肪酸,若用来生产生物柴油会造成成本过高且会增 加 CO2的排放 24。 41 微藻光生物反应器 目前微藻规模化自养培养可行的方法是：用泡道池和管状光合物反应器， 表 3微藻跑道式大池和管状光生物反应器 两种培养方式的比较 25 Table 3Comparison between raceway ponds and tubular photobioreactors ofm icroalgal cultivation 培养系统 System 跑道式大池培养 Raceway ponds 管状光生物反应器培养 Tubular photobioreactors 光能利用率很好很好 控温不能能 通气不好好(可控) 产氧少多 富集程度低从低到高 微藻所受水压很难很容易 污染物控制没有可控 无菌程度低高 成本低高 产量低高 天水师范学院毕业论文（综述） 6 根据其结构可分为开放式（敞开式）和封闭式两种（如表 3 所示） 。 411 开放式光生物反应器 此种反应器结构简单，操作容易，成本低廉，最典型的就是跑道式反应器， 其实际就是占地面积为 10005000 平方米；培养液深度为 15CM 的环形浅池， 以自然光为光、热源，靠叶轮转动的方式使培养液在池内混合、循环，防止藻体 沉淀，并提高光利用率，也可通入空气或 CO2气体进行鼓泡或气升式搅拌 23。为 防止水份蒸发和污染通常在池体上方覆盖透明膜，使之成为封闭池。虽然开放式 光生物反应器的运用已早， 但对于培养条件温和及种群竞争弱的微藻它有一定的 技术缺陷：易污染、水份蒸蒸日上量大、CO2量供应不足、CO2利用率低、受环境 因素影响大，所以一般情况下对于工程微藻都用封闭式反应器 25。 412 封闭式光生物反应器 封闭式光生物反应器可以延长纯种微藻的培养时间,已成功用于大规模生产 微藻。其有许多优点 26: (1)无污染; (2)培养过程中,培养条件容易控制; (3) 不受外界环境因素影响,全年生长期较长; (4)可以维持较高的培养密度而且容 易收获。不过比起开放式光合生物反应器其成本太高，尽管如此，由于其上述的 优点已越来越受人们的重视。 目前运用到封闭式生物反应 器主要有：板式光生物反应 器、柱状光生物反应器、管状 光生物反应器， 其中板式光生 物反应器， 特别是平板式光生 物反应器具有相当高的光能 利用率而最有希望得到大规 模应用 27。 5微藻脂质的合成 微藻含有大量的叶绿素, 具有很强的光合作用能力。 微 藻油脂的合成始于光合作用, 光能经过微藻光合系统中的 PS 和 PS等转变成化学能,后 经过一系列能与电子的传递, 图 4 目前已知的几种脂类合成的路径 28 Fig. 4Pathways of lipid biosynthesis which are known or hypothesized to occur in algae 天水师范学院毕业论文（综述） 7 进入卡尔文循环。在卡尔文循环中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶催化核酮糖-1,5- 二磷酸固定二氧化碳生成 3-磷酸甘油酸, 3-磷酸甘油酸可进一步生成其它油脂。 这个酶促反应是油脂合成和氧化过程中限制速率的关键调节步骤,因此核酮糖 -1，5-二磷酸羧化酶是油脂生物合成途径的关键限速 28（如图 4 所示） 。 6脂质提取与转化 微藻脂质的提取方法 29主要有氯仿-甲醇法、酸水解法、索氏提取法。氯仿 -甲醇法提取油脂有剧毒性和难回收性,且对高水份样品的测定更为有效;酸水解 法水解时易造成大量水分损失；测定的样品若无充分磨细,则结合性脂肪不能完 全游离,致使结果偏低，同时用有机溶剂提取时也往往易乳化；索氏提取法是经 典方法,对大多数样品结果比较可靠,但费时间,溶剂量大,且需专门的索氏抽提 器。缪晓玲等利用正己烷从异养生长的小球藻(脂类化合物含量高达细胞干重的 55%是一般自养藻细胞 4 倍)细胞中提取获得了大量油脂。 酯交换法是当前制备生物柴油的常用方法 30。通常由微藻中提取的高级脂 肪酸甘油酯或高级脂肪酸与烷基单醇在催化剂作用下发生酯交换或酯化反应高 级脂肪酸烷基酯，其中以甲醇为主，主要是因为甲醇价格便宜，方便易得，化学 性高且碱性催化剂易溶于甲醇中，而生成的甲酯热值高，密度小。生产各也有用 乙醇、2丙醇和丁醇的。根据催化剂的不同，酯交换法主要可分为酸催化法、 碱催化法、酶催化法三种。其中酸催化法 31一般用的催化剂为 100%的浓硫酸， 所以对设备材质要求高，介是其对含不饱和脂肪酸和水的油脂有明显的优势；酸 可以催化酸与醇发生酯化反应，在用微藻生产生物柴油时不用预处理。因此酸催 化法适用于利用微藻制取生物柴油。 目前为了减少浓硫酸对环境的污染和对设备 的污染与腐蚀， 有科学家开始用不完全硫化的糖和固体酸作为催化剂来代替浓硫 酸，使产物与催化剂易分离，而且催化剂还可以循环使用。碱催化一般使用的催 化剂是氢氧化钠和氢氧化钾,有时也用到醇钠,一般为甲醇钠。 由于甲醇钠的碱性 更高,更容易与甘油酯进行酯交换反应,对那些活性较低的甘油酯作用比较显著。 由于酯交换反应是一个可逆反应,既可以生成生物柴油,也可以生成甘油酯， 因此 需选择醇油比为 61,以便使化学反应向生成生物柴油的方向进行。反应温度一 般选择在醇类化合物沸点附近,醇类一般为甲醇,所以选在其沸点 65。碱催化 生产生物柴油的最大优点是反应速度快,反应时间短,生物油产率高。 最大缺点是 所用油脂必须是无水、 无游离脂肪酸的甘油酯,因为如果存在游离的脂肪酸,必然 与碱反应,使酯化反应无法进行;如果油脂中含有大量的水,易发生皂化反应,使 反应产率降低并引入副产物,不易分离。 因此在使用碱作为催化剂之前,必须对油 脂进行预处理操作 33，即除水除酸。碱催化的另一个问题是催化剂碱(NaOH 和 天水师范学院毕业论文（综述） 8 表 5产生物柴油的 3 种催化方法的比较 32 Table5Comparison of three ways of make biodiesel 酸催化碱催化酶催化 反应条件 常压或高压 (5595) 常压 (6070) 常压 (3040) 醇油比1015016131 反应时间/h3240540772 酸和水对反应 的影响 无影响有影响无影响 对环境的影响有废酸排出有废碱排出无污染 甘油的回收不易回收不易回收易回收 催化剂价格便宜便宜昂贵 优点 使用含高脂肪 酸的油脂 反应速度快, 时间短,效率高 条件温和,分 离简单,范围广 缺点 反应时间长,反应 速度慢,腐蚀性强 油脂不能含 有较多的酸和水 成本高,效率 低,易失活 KOH)的回收和利用,一般情况下 NaOH 和 KOH 在催化过程中不可能完全避免水,总 是或多或少发生皂化反应,另外 NaOH 和 KOH 作为强碱也有可能与设备反应,因此 不容易回收纯化 34。 有人提出用固体碱来合成生物柴油的方法,例如Verziu等25 用固体碱 MgO 来催化合成生物柴油,并且达到 90%以上的产率,催化剂在使用 4-5 次后活性不减,产率仍在 90%以上(如表 5 所示)。 单纯利用酸催化或者碱催化外,也有人结合酸碱催化 36,利用两步法处理油 脂,即先用酸催化处理掉游离的脂肪酸,再利用碱进行酯交换反应生产生物柴油, 这就可以利用碱催化反应时间快的特点缩短反应时间,降低生产成本。张云等 29 就利用两步法合成生物柴油。 酶催化生产生物柴油一般使用的是脂肪酶,反应条件温和,反应温度一般为 室温(30左右) 酶催化生产生物柴油最大优点是:条件温和,专一性强,产品回 收过程简单,无污染排放,适用范围广。但是酶催化与其他方法相比生产成本高、 反应效率低,且酶在过量的甲醇中容易发生失活现象 37。 然而对于第三代生物柴油而言,由于其结构和工艺过程的特殊性,传统的收 集、压榨,发酵酯化;己烷或超临界 CO2提取,酸/碱催化酯交换,分馏方法,已经成 为提高收率、降低成本,推动技术产业化的瓶颈,从资源全利用、环境与成本综合 评价来看,其可持续发展能力受到很大限制。杨治中 37等采用超声化学技术,充 分利用其提供的物理、物理化学与化学功效,设计与制造适合的聚焦、混频、连 续组合釜式或逆流、环式超声化学反应器,在宏观常/低温、常压,水悬浮体系中 快速完成藻类韧性细胞的破壁,纤维素、糖类胶质、无机成分与油料成分的分离 和 C14-C18脂肪酸酯的抽提,继而在超声化学协同作用下，以负载于微孔/介孔分 天水师范学院毕业论文（综述） 9 子筛或玻璃纤维毡、铁合金金属丝网的半导型纳米氧化物(如特定结构与形态的 纳米 ZnO，TiO2)催化进行醇解和酯交换反应,完成低能耗、高效率、高纯度、高 原料利用率的生物柴油制备。 7.展望 利用微藻制备生物柴油有其无可比拟的优点， 目前生产微藻生物柴油主要问 题是成本太高。但是就目产前的研究来看微藻不光可以用来生产生物柴油，也可 以用来生产生物裂解油、生物氢气、提取化学品等 38-39，如果能将这两者的生 产过程结合起来就可以大大降低生产成本， 同时在反应后剩余的残留物能作为动 物饲料，大部分的残留物还可以通过厌氧消化来生产沼气去发电，厌氧消化的废 水能作为肥料和灌溉水 40。由于碳元素占微藻干重的 5%以上，而这些 C 都来自 于 CO2，研究发现生物柴油的生产过程可以利用发电站所产生的 CO2，等等这一 系列措施都可以大大降低生产过程中的成本 41。微藻光自养培养过程可利用废 水中的 N、 P 等营养(我国的废水营养化问题尤其严重),从而可降低水体 的富营养化,且可使微藻生长所需 N 源成本(0.30.4 万元/吨螺旋藻)、P 源成本(约 0.3 万元/吨螺旋藻)几乎降为零。研究发现，进过微藻处理的生活汗 水其 N、P 含量将大幅工降低 42-44。同时随着科学技术日益进步，结微藻的基因 工程改造一定会取得重大突破，培育出易培养、油脂产率高的微藻将成为微藻生 物柴油日后发展的一个重要方向。 【考文献】 11杨艳,卢滇楠,李春,等.面向 21 世纪的生物能源.化工进展, 2002, 21(5): 299-302 22范晓蕾,郭荣波,魏东芝.能源微藻与生物炼制. 中国科学院青岛生物能源与过程研究所.2009,5:59 33郑洪立,张齐,马小琛.产生物柴油微藻培养研究进展.中国生物工程杂志.2009, 29(3): 110-116 44中国石油和化工标准与质量,2007,08:49 55苏敏光,于少明,吴克,等.生物柴油制备方法及其质量标准现状.包装与食物机械.2008,26(3):2025 66王立柱,温皓程,邹渝.产油微藻的分离、筛选及自养培养氮源、碳源的优化.微生物学通报.2010,37（3） ： 338-341 77 李乃胜.立足自主创新，发展新型海藻能源产业关于实施中国“微型曼哈顿计划”的认识与建议. 经济.2009,10:28 88林丽玉.海洋微藻中若干活性物质的开发现状与展望.台湾海峡.1999,18(2): 168-171 99李元广,谭天伟,黄英明.微藻生物柴油产业化技术中的若干科学问题及其分析.中国基础科学 工业生物 技术专刊.2009,5:6470 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