富油微藻藻渣能源化利用的研究

摘要

化石能源短缺与环境污染愈发严重，迫切要求世界能源结构发生转变，绿色、可再生的新型能源开发与利用迫在眉睫。微藻以其生长迅速、油脂积累量大、CO2固定效率高、可去除污水中有机物质等特点，成为新型能源研发的重要领域。但在实际生产中，仍存在生产成本高、生物量积累低、生物质利用不完全等问题。基于此，本文对拟微绿球藻营养盐配方进行最优化研究，实现生物量的最大化积累；以黄丝藻提油后剩余藻渣为材料，采用厌氧发酵技术制备沼气和热化学转化技术制备热解气、生物油等生物燃料，实现微藻提油后剩余藻渣的能源化利用。主要研究结果如下：
　　1.研究拟微绿球藻培养液中 N、P、Fe、Mg以及维生素混合液最优化组成，进行单因素和L16（45）正交试验，结果显示：拟微绿球藻生长最佳培养基配方为NaNO30.225 g/L，NaH2PO4·2H2O0.015 g/L， FeCl3·6H2O0.0189 g/L，MgCl20.025 g/L，维生素混合液0.05 mL/L。优化后拟微绿球藻的最大生物量（OD680）可达1.544，是优化前的1.35倍。
　　2.利用黄丝藻提油后剩余藻渣为原料，与牛粪混合厌氧发酵。研究发现：藻渣与牛粪混合发酵工艺，能使发酵液维持在适于厌氧发酵菌群生长的pH环境。在藻渣和牛粪混合比为4:6的厌氧发酵体系下，累计产气量（783 mL）、产甲烷速率（9.8 mL/d/g-VS）均为最大，日产气量（86 mL/d）和累计产甲烷量（88.07 mL/g-VS）较高，发酵滞留时间最短（2.1 d）。
　　3.以黄丝藻提油后剩余藻渣为原料，对其进行直接热解研究。研究发现：微藻藻渣热分解最大失重峰对应温度约为335℃，低于其他木质纤维素生物质。当热解反应温度为450℃、氮气流量为50 mL/min时，生物油产量最大，为29.82%。热解气中CO2和CO占绝大部分，CO2含量随反应温度升高而降低，CO含量变化趋势与之相反。H2和C1～C3化合物含量随温度升高呈现上升趋势。生物油中含有100多种化合物，其中羰基类、烃类、含氮类化合物占主要部分。随温度升高，脂肪烃、芳香烃、酚类等小分子化合物含量增大，酮类、多糖类等大分子物质含量降低。但其中还含有较大量的含氮化合物。
　　4.利用金属改性催化剂对黄丝藻提油后藻渣在固定床上进行催化热解。研究发现：黄丝藻藻渣热解过程中，金属改性 ZSM-5分子筛催化剂的加入会降低热解液体产物收率，增加热解气体产物的收率。催化热解使气体产物中 CO百分比增大，CO2百分比减少；CH4含量降低，其他碳氢组分均有不同程度增加。采用6% Ni/HZSM-5分子筛催化热解，生物油中酸类物质降至0.09%，碳氢化合物组分达34.81%，且含有较低的稠环化合物和最高的烷基苯成分（4.92%）。采用2% MgO改性6% Ni/ZSM-5分子筛催化热解，生物油产物品质最好。在此条件下，碳氢化合物含量达到最大，为35.52%。且稠环化合物含量较低，烷烃和烷基苯化合物含量均达到最大，分别为11.51%和8.48%。
　　由上述结果可知，对微藻进行最优化培养，可实现微藻生物量的大量积累；采用藻渣与牛粪共发酵，可获得高品质沼气；利用直接热解技术，可制得生物油、热解气等燃料；通过催化热解方式，可提升生物油品质。

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引言

1 文献综述

1.1 生物质与生物质能

1.2 能源微藻

1.3 厌氧发酵沼气技术

1.4 生物质热解技术

1.5 课题研究目的及主要研究内容

2微藻培养条件的优化

2.1 材料与试剂

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3微藻藻渣与牛粪共厌氧发酵的研究

3.1 材料与试剂

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4 微藻藻渣直接热解的研究

4.1 材料与试剂

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 小结

5微藻藻渣催化热解的研究

5.1 材料与试剂

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.4 小结

结论

参考文献

附录 A f/2培养基储备液及人工海水配方

在学研究成果

致谢