微藻熱解液化的研究進(jìn)展

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1、微藻熱解液化的研究進(jìn)展摘要：微藻是一類最原始的生物之一，其具有結(jié)構(gòu)簡單、基因改造容易、生長速度快、光合效率高、油脂含量高等優(yōu)點(diǎn)，是一類具有諸多優(yōu)勢的生物質(zhì)。熱解液化技術(shù)是當(dāng)今研究較多的一種制取生物燃料的技術(shù)，具有反應(yīng)溫度低、無需耗氧、且熱解產(chǎn)物品質(zhì)高等特點(diǎn)。本文綜述了熱解液化的主要技術(shù)，分析了熱解技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以及微藻熱解液化存在的困難等。關(guān)鍵詞：微藻熱解液化進(jìn)展1微藻簡介藻類是最原始的生物之一，廣泛存在于海洋、淡水湖泊等水域，通常呈單細(xì)胞、絲狀體或片狀體，結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)生物體都能進(jìn)行光合作用，所以光合作用效率高，生長周期短、速度快。藻類按大小可分為大藻(如海帶、

2、紫菜等)和微藻⑴。微藻是一群小型藻類的總稱,逋常為單細(xì)胞或絲狀體，直徑小于Imino微藻細(xì)胞微小，形態(tài)多樣，適應(yīng)性強(qiáng)，分布廣泛,冇原核藻類和真核藻類。原核藻類是指藍(lán)藻，而藍(lán)藻一般不產(chǎn)油。真核藻類包括綠藻、硅藻、裸藻、黃藻、金藻、褐藻、紅藻和隱藻。微藻作為一種新興的生物柴油原料，具有無限的潛能⑵，因?yàn)槲⒛c其他生物質(zhì)相比有自己獨(dú)特的優(yōu)勢。微藻通常為單細(xì)胞，結(jié)構(gòu)簡單，易于基因改造；生長快，易于培養(yǎng)，光合效率高；產(chǎn)油率高；且微藻生物油具有可降解、無污染、可再生等特點(diǎn)【"I。因此越來越受到人們的關(guān)注和研究。對(duì)于微藻的研究已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年的時(shí)間，可大致將其分為三個(gè)階段［t

3、7-91o二十世紀(jì)七十年代以前，科學(xué)家主耍利用微藻生產(chǎn)不飽和脂肪酸等，以培養(yǎng)有食用價(jià)值的微藻為主。七十年代，隨著中東問題出現(xiàn)導(dǎo)致國際原油供應(yīng)緊張、價(jià)格增長，一些西方國家開始大力資助培養(yǎng)富油微藻生產(chǎn)生物柴油項(xiàng)目，但主耍集中在試驗(yàn)階段。上世紀(jì)九十年代以來，世界各國又開始大力發(fā)展微藻產(chǎn)油項(xiàng)目。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家開始從分子角度進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)了影響微藻光合作用的乙酰輔酶A竣化酶(AcetylCoAcarboxylase,AACase)基因和硝酸還原酶(Nitratereductase)基因，并建成“工程微漠皿叭對(duì)于微藻的生長量和脂類物質(zhì)的含量都有了大幅度提高。2

4、微藻熱解液化生物質(zhì)的熱解原理是利用熱能、在無氧或缺氧條件下，切斷生物質(zhì)屮大分子的化學(xué)鍵,使之轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)，整個(gè)過程是復(fù)雜的化學(xué)過程，包含分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)l，，J2Jo微藻的熱解液化技術(shù)包括快速熱解液化、直接液化和多種新型技術(shù)。2.1快速熱解液化技術(shù)快速熱解液化技術(shù)是在隔絕空氣的條件下，采用較高的加熱速率和佼短的停留時(shí)間及適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行的"叫工藝簡單、成本低、反應(yīng)迅速、燃料油收率高、裝置容易大型化,但是該技術(shù)要求生物質(zhì)必須干燥。李桂菊I⑷等以小球藻為原料，采用直接液化技術(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)催化劑中鈉離子質(zhì)量為5%時(shí),能過獲得較大的生物油產(chǎn)率，為6

5、2.58%0并且通過GC/MS分析得到產(chǎn)殆油化學(xué)成分與重油相近，產(chǎn)品油的熱值為32.4MJ/kgo繆曉玲I⑸等以小球藻和微囊藻為材料快速熱解可獲得17.5%和23.7%的油產(chǎn)率，得到的微藻生物油C、H含暈較木材的高，而O含暈較低,微藻生物油的熱值高，平均高達(dá)29MJ/kg,是木材或農(nóng)作物桔稈的1.4倍，且佼木材等的熱解油德定。研究表明，微藻熱解可得到高芳坯含量、高辛烷值的生物油；藻體屮脂類（脂肪、脂肪酸及脂肪酸酯）的屬性和含量對(duì)熱解油性質(zhì)影響不大，但對(duì)熱解油產(chǎn)率有明顯的影響。除所含脂類外，其他藻細(xì)胞組分（蛋白質(zhì)、多糖等）都可熱解轉(zhuǎn)化成生物油。2.2直接液化技術(shù)生

6、物質(zhì)直接液化又稱加壓液化，其反應(yīng)溫度比快速熱解低，且無需對(duì)原料進(jìn)行干燥處理。在適當(dāng)溫度（200-400°C）和壓力（5?25MPa）下，加入適當(dāng)催化劑和介質(zhì)，通過較長的反應(yīng)時(shí)I'可，即可獲得生物油直接液化采用的介質(zhì)一般分為兩種，即水和有機(jī)溶劑。徐玉福［⑹等以小球藻粉為原料，水為介質(zhì)，研究研究了液化溫度、液化時(shí)間及催化劑對(duì)英液化率的影響，研究發(fā)現(xiàn)以5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Ce/HZSM-5為催化劑，在300°C水熱條件下液化20min,小球藻粉和溶劑料液比為l:IOg/mL,液化率達(dá)39.87%。在此條件下制備的小球藻粉生物油的主要成分為醇類，酯類以及部分碳蛍化合物，熱值達(dá)

7、26.09MJ/kgo張培鈴等以杜氏鹽藻為原料，在亞/超臨界乙醇-水體系中，當(dāng)乙醇的體積分?jǐn)?shù)為40%、液化溫度為320°C吋，杜氏鹽藻的液化率，98.24%,產(chǎn)油率高達(dá)64.68%o以亞/超臨界乙醇-水為介質(zhì)直接液化杜氏鹽藻制備生物油時(shí)，隨著介質(zhì)中乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，所得生物油中的酸性物質(zhì)含量顯著減少，酯類物質(zhì)含量不斷增加，從而提高了生物油的品質(zhì)。陳曉萍I⑻以藍(lán)藻為材料，以乙醇和水位介質(zhì)，研究表明，在超臨界乙醇中以SO427ZrO2為催化劑催化液化藍(lán)藻的最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度270°C,反應(yīng)時(shí)間40min,藍(lán)藻質(zhì)量與乙醇體積之比為l:15g/mL,催化劑用量占

8、藍(lán)藻質(zhì)量的2%,液化率為