一种微藻超声波辅助离子液体组合物直接制备生物柴油的方法

摘要

本发明公开了一种微藻超声波辅助离子液体组合物直接制备生物柴油的方法，该方法包括以下步骤：a、将干燥的微藻除杂、粉碎、研磨后，过200～300目筛，取筛下物，加入离子液体组合物，混匀，然后加入甲醇，在超声辅助的条件下，60～110℃反应1～5小时；反应完全后的物料，室温下静置冷却1～1.5小时，经过滤去除微藻残渣后，滤液静止分层；取上层溶液进行减压蒸馏得粗生物柴油。该方法将离子液体溶解萃取性能、催化性能及超声波的空化效应相结合；将油脂的提取与油脂的酯化合二为一，操作简单方便，工艺步骤大大简化，能快速制备生物柴油，从而大大提高生产效率，降低生产成本，为工业化规模化生产生物柴油提供了一个新方法。

说明书

技术领域：

本发明涉及生物化工领域，具体涉及一种微藻超声波辅助离子液体组合物直接制备生物 柴油的方法。

背景技术：

石油资源的日益减少导致能源紧张和石油价格的飙升，使人们越来越关注寻找其替代品。 生物柴油不仅燃烧性能与石油柴油相当，且具有环境友好，资源可再生的优点，是替代石油 柴油的理想燃料，近年来备受关注。

目前，国外主要以菜籽油、大豆油为原料，采用强酸或强碱催化剂催化制备生物柴油。 但联合国官方调查宣称美国和欧洲采用大量的粮食作物来生产生物燃料是导致全球粮食危机 的重要原因，因此，积极寻找新的生物质原料，以缓解目前的粮食和能源危机已成为世界各 国高度关注的问题。在众多的生物质中，藻类具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长 周期短、生物产量高的特点，因此藻类是制备生物质能源的良好材料。

传统微藻生物柴油生产过程主要分为两个步骤：首先是采用有机溶剂从微藻原料中提取 出油脂；然后，再将油脂送至反应容器中，通过强酸或强碱进行酯化反应。

发明内容：

但传统工艺利用微藻制备生物柴油也存在亟待解决的问题：

首先，由于大部分含油微藻细胞壁较厚，常规有机溶剂萃取时，细胞内的油脂难以渗出 细胞壁，溶剂萃取油脂耗时长，而且需要耗用大量有机萃取剂，加大了分离的难度，且萃取 效率低；另外用有机溶剂萃取后的微藻，需蒸馏出有机溶剂才能得到油脂。

其次，传统工艺采用强酸或强碱制备生物柴油存在着醇消耗量大，产物难回收，环境污 染大等缺点。利用酶法制备生物柴油，往往要在有机溶剂反应介质中进行，强极性的有机溶 剂会夺取酶表面微环境中的必需水，严重影响酶反应活性，降低酶的使用寿命。

针对上述待解决的技术问题，如若能将微藻油脂萃取与酯交换反应两部分耦合成一个单 元，缩短工艺路线，并找到能够有效提高微藻油脂提取率和转化效率的反应体系，提高酯化 合成量，对微藻生物柴油工业化制备，具有一定意义。

本发明的目的是提供一种微藻超声波辅助离子液体组合物直接制备生物柴油的方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种微藻超声波辅助离子液体组合物直接制备生物柴油的方法，该方法包括以下步骤：

a、将干燥的微藻除杂、粉碎、研磨后，过200～300目筛，取筛下物，加入离子液体组 合物，装入萃取-反应釜中，混匀，然后加入甲醇，在超声辅助的条件下，60～110℃反应1～ 5小时；所述离子液体组合物，由组分A和组分B混合组成，其中组分A质量分数为90％～ 98％，组分A选自1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)或1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐 ([AMIM]Cl)，组分B选自1-丁基-3-甲基吗啉盐[Hnmm]Im或1-已基-3-甲基咪唑硫酸氢盐 ([HMIM]HSO₄)；所述微藻筛下物与复合离子液体组合物的质量比为1：10～1：40；所述甲 醇与微藻油脂的摩尔比为6：1；

b、反应完全后的物料，室温下静置冷却1-1.5小时经过滤去除微藻残渣后，滤液静止分 层；上层溶液进行减压蒸馏得粗生物柴油。

所述的微藻选自小球藻或栅藻。

步骤a所述超声，超声波功率为240W。

步骤b静止分层后得到的下层溶液经蒸馏除去甲醇和甘油，回收离子液体，所述离子液 体可循环使用。

本发明的有益效果如下：

(1)本申请最大的特点是整个反应“一步完成”，也就是说，本申请专利以微藻粉为原料， 微藻油脂的提取和微藻油脂转化为生物柴油同时进行，本方法将油脂的提取与油脂的酯化或 转酯化工艺合二为一，避免了油脂的提取精炼，工艺步骤大大简化。

(2)本申请的离子液体组合物不仅仅是用来催化微藻油脂生产生物柴油的，它还具有提取“微 藻油脂”的作用，本申请的超声波不仅仅是用来辅助催化微藻油脂生产生物柴油的，它还具 有辅助提取“微藻油脂”的作用，这样就实现了微藻油脂的提取，同时提取出来的微藻油脂 直接转化为生物柴油。

总之，本发明提供了一种超声波结合复合离子液体组合物提取微藻油脂并催化制备生物 柴油的新方法。该方法利用离子液体对微藻细胞壁较强的溶解性和对微藻油脂较高的催化活 性，结合超声波对微藻细胞膜增透破碎作用和超声振动作用加速离子液体及藻粉运动，增加 离子液体及藻粉相互碰撞接触机会，从而提高微藻油脂提取率和油脂转化率。该方法将将离 子液体溶解萃取性能、催化性能及超声波的空化效应等优势特点相结合；将油脂的提取与油 脂的酯化或转酯化工艺合二为一，设计巧妙，操作简单方便，避免了油脂的提取精炼，工艺 步骤大大简化，能快速制备生物柴油，从而大大提高生产效率，降低生产成本，为工业化规 模化生产生物柴油提供了一个新方法。

附图说明：

图1是本发明工艺流程示意图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

将干燥栅藻除杂，粉碎、研磨后过200目筛；取5克筛下物，加入50克离子液体组合物 (所述离子液体组合物，由组分A和组分B混合组成，其中组分A质量分数为90％，组分A 为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)，组分B为1-丁基-3-甲基吗啉盐[Hnmm]Im)在萃取 -反应釜中混合均匀，然后加入甲醇(甲醇与微藻油脂的摩尔比为6:1)，在超声波合成萃取仪 上，设定反应温度为70℃，超声波功率为240W，开始水浴反应，反应1小时后，于室温下 静置冷却1小时，过滤藻粉，滤液转入到分液漏斗中，静置分层后，取上层溶液进行减压蒸 馏，即得生物柴油粗品0.129克；下层经常压蒸馏、减压蒸馏除去甲醇和甘油，回收离子液 体，所述离子液体可循环使用。

实施例2

将干燥栅藻除杂，粉碎、研磨后过300目筛；取5克筛下物，加入100克离子液体组合 物(所述离子液体组合物，由组分A和组分B混合组成，其中组分A质量分数为95％，组 分A为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)，组分B为1-已基-3-甲基咪唑硫酸氢盐 ([HMIM]HSO₄))在萃取-反应釜中混合均匀，然后加入甲醇(甲醇与微藻油脂的摩尔比为6:1)， 在超声波合成萃取仪上，设定反应温度为80℃，超声波功率为240W，开始水浴反应，反应 2小时后，于室温下静置冷却1小时，过滤藻粉，滤液转入到分液漏斗中，静置分层后，取 上层溶液进行减压蒸馏，即得生物柴油粗品0.158克；下层经常压蒸馏、减压蒸馏除去甲醇 和甘油，回收离子液体，所述离子液体可循环使用。

实施例3

将干燥小球藻除杂，粉碎、研磨后过200目筛；取5克筛下物，加入150克离子液体组 合物(所述离子液体组合物，由组分A和组分B混合组成，其中组分A质量分数为95％， 组分A为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl)，组分B为1-丁基-3-甲基吗啉盐[Hnmm]Im) 在萃取-反应釜中混合均匀，然后加入甲醇(甲醇与微藻油脂的摩尔比为6:1)，在超声波合成 萃取仪上，设定反应温度为90℃，超声波功率为240W，开始水浴反应，反应3小时后，于 室温下静置冷却1小时，过滤藻粉，滤液转入到分液漏斗中，静置分层后，取上层溶液进行 减压蒸馏，即得生物柴油粗品0.197克；下层经常压蒸馏、减压蒸馏除去甲醇和甘油，回收 离子液体，所述离子液体可循环使用。

实施例4

将干燥小球藻除杂，粉碎、研磨后过300目筛；取5克与200克复合离子液体组合物(所 述离子液体组合物，由组分A和组分B混合组成，其中组分A质量分数为98％，组分A为 1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl)，组分B为1-已基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([HMIM]HSO₄)) 在萃取-反应釜中混合均匀，然后加入甲醇(甲醇与微藻油脂的摩尔比为6:1)，在超声波合成 萃取仪上，设定反应温度为100℃，超声波功率为240W，开始水浴反应，反应4小时后，于 室温下静置冷却1小时，过滤藻粉，滤液转入到分液漏斗中，静置分层后，取上层溶液进行 减压蒸馏，即得生物柴油粗品0.199克；下层经常压蒸馏、减压蒸馏除去甲醇和甘油，回收 离子液体，所述离子液体可循环使用。