一种生物燃料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于生物制油相关技术领域，其公开了一种生物燃料及其制备方法与应用，所述方法包括以下步骤：(1)通过磁分离器将微藻磁选收获后的微藻与磁性纳米颗粒进行分离；(2)亚/超临界条件下，将分离得到的残留有磁性纳米颗粒的微藻混合物放置于有机溶剂中进行液化；(3)将液化得到的混合物进行固液分离，并将固液分离得到的液体进行旋转蒸发以得到生物燃料。所述制备方法利用磁性收获过程中不易脱除的部分磁性纳米颗粒直接参与微藻

【技术实现步骤摘要】
一种生物燃料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物制油相关
，更具体地，涉及一种生物燃料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]微藻因为种类多、油脂含量高、培养周期短、不占用耕地等优势，被认为是最具有潜力的生物质能源之一。目前，微藻的生物量收获及后续高质量生物燃料的制备是亟待解决的热点问题。传统的微藻采收方法如重力沉降法、浮选法等都存在经济或者技术上的缺陷，近年来通过磁性纳米材料吸附微藻，然后在外加磁场的作用下快速将微藻细胞与磁性纳米材料的絮凝体与培养基分离从而实现微藻的高效采收，但收获后的磁性纳米颗粒难以实现完全脱除，对下游微藻生物油的生产会产生一定影响。
[0003]而热化学技术可以在高压及较低温度条件下高效制备生物柴油，虽然前景广阔，但仍存在许多现实问题。蛋白质是微藻主要组成成分之一，这导致微藻的氮含量在6％～11％，远高于木质生物质。液化后的生物油直接利用会产生NOx污染大气。近年来微藻生物油的脱氮问题受到了越来越多的关注。在实现微藻高效采收的基础上，探究液化过程中经济高效脱氮制备高质量生物燃料的方法，对于微藻的资源化利用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种生物燃料及其制备方法与应用，所述制备方法利用微藻磁性收获过程中不易脱除的部分磁性纳米颗粒直接参与微藻
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有机溶剂的共液化反应，催化有机溶剂的加氢作用，获得了高效率、低含氮、高热值的生物燃料。此外，所述制备方法易实现、耗能更低，且不需要额外添加催化剂，生产出的生物燃料热值高，含氮量被有效降低，酯含量高，无需再进行转酯化反应，大大地降低了工艺成本，同时解决了难以回收的纳米颗粒对下游制油工艺产生影响的问题，为微藻工业化制备生物柴油提供了良好的前景。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种生物燃料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0006](1)通过磁分离器将微藻磁选收获后的微藻与磁性纳米颗粒进行分离；
[0007](2)亚/超临界条件下，将分离得到的残留有磁性纳米颗粒的微藻混合物放置于有机溶剂中进行液化；
[0008](3)将液化得到的混合物进行固液分离，并将固液分离得到的液体进行旋转蒸发以得到生物燃料。
[0009]进一步地，所磁性纳米颗粒为铁、钴或者镍的单质晶体及其氧化物，粒径为10nm～500nm。
[0010]进一步地，所述磁性纳米颗粒为Fe3O4纳米颗粒，粒径为100nm。
[0011]进一步地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇及丁醇中的任一种，液化时所采用的
温度为180℃～300℃，最终压力为5MPa～15MPa，保温时间为0.5h～2h，固液比为1:5～1:20。
[0012]进一步地，所述有机溶剂为乙醇，液化温度为260℃，最终压力为9MPa，保温时间为0.5h，固液比为1:9。
[0013]进一步地，采用两步离心法进行固液分离，先以转速3000rpm～7000rpm离心5min～10min，分离出的混合物再以转速13000rpm～20000rpm离心5min～10min以得到生物油和有机溶剂的混合溶液。
[0014]进一步地，得到的混合溶液进行旋转蒸发时的水浴温度为30℃～60℃，旋蒸时间为20min～40min，真空度为10Pa～50Pa，旋转速度为20rpm～100rpm。
[0015]按照本专利技术的另一方面，提供了一种采用如上所述的生物燃料的制备方法制备而成的生物燃料。
[0016]本专利技术还通过了一种如上所述的生物燃料在生物柴油中的应用。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的生物燃料及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
[0018]1.由于在有机溶剂中进行液化，亚/超临界条件相较于水热更加温和，耗能更少，液化过程中同时发生酯化及酯交换反应，不需要再额外添加转酯化过程，得到的生物油具有更高的热值及更低的粘度，产量和质量被有效提高。
[0019]2.乙醇等有机溶剂本身有供氢作用，Fe3O4可以催化加氢，使得生物油中的氨被加氢脱除后以氨气的形式释放，油中的氮含量被有效降低；同时，副产物富氮生物焦及氨气可以回收再利用，最大程度上实现了微藻的资源化利用。
[0020]3.采用的Fe3O4纳米颗粒是微藻磁性收获后不易分离的残留部分，不需要额外添加催化剂，这大大地降低了催化成本，同时解决了难以回收的纳米颗粒对下游制油工艺产生影响的问题。
[0021]4.所述制备方法选择了合理的工艺参数数值范围，已取得较高的产率，过低则导致产率较低，质量较差，过高则不会提高产率，且增加成本及实施难度。
[0022]5.本专利技术所提供的方法制备得到的生物燃料具有较好的品质，经试验可得，酯的占比超过了60％，氮杂环化合物占比从33％降至9％，而碳氢化合物占比增加，氮含量低于8％、热值高于30kJ/kg，非常有利于微藻的资源化利用。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1提供的生物燃料的制备方法的流程示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例1、实施例2中所制备的生物燃料的产率示意图；
[0025]图3是本专利技术实施例1、实施例2所制备的生物燃料所含主要化合物的分布示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]本专利技术提供的生物燃料的制备方法主要包括以下步骤：
[0028]步骤一，通过磁分离器将微藻磁选收获后的微藻与磁性纳米颗粒进行分离。
[0029]具体地，所述磁性纳米颗粒可选用铁、钴、镍等带有磁性的单质晶体及其氧化物，粒径为10nm～500nm。优先地，所述磁性纳米颗粒选用Fe3O4纳米颗粒，粒径为100nm。
[0030]其中，所述磁分离器包括循环泵、分离室、磁鼓及刮板，磁鼓转速为10rpm，磁材料回收率可达到70％以上。
[0031]步骤二，在微型反应釜中，亚/超临界条件下，将分离得到的残留有磁性纳米颗粒的微藻混合物放置于有机溶剂中进行液化。
[0032]所述有机溶剂可以选用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一种，液化温度为180℃～300℃，最终压力为5MPa～15MPa，保温时间为0.5h～2h，固液比为1:5～1:20。优先地，所述有机溶剂选用乙醇，液化温度为260℃，最终压力为9MPa，保温时间为0.5h，固液比为1:9。
[0033]此步骤中的磁性颗粒的含量由磁
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藻分离后磁性材料的残余量决定，具体为所添加的微藻原料的5wt％～30wt％；
[0034]步骤三，将液化得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物燃料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)通过磁分离器将微藻磁选收获后的微藻与磁性纳米颗粒进行分离；(2)亚/超临界条件下，将分离得到的残留有磁性纳米颗粒的微藻混合物放置于有机溶剂中进行液化；(3)将液化得到的混合物进行固液分离，并将固液分离得到的液体进行旋转蒸发以得到生物燃料。2.如权利要求1所述的生物燃料的制备方法，其特征在于：所磁性纳米颗粒为铁、钴或者镍的单质晶体及其氧化物，粒径为10nm～500nm。3.如权利要求2所述的生物燃料的制备方法，其特征在于：所述磁性纳米颗粒为Fe3O4纳米颗粒，粒径为100nm。4.如权利要求1所述的生物燃料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇及丁醇中的任一种，液化时所采用的温度为180℃～300℃，最终压力为5MPa～15MPa，保温时间为0.5h～2h，固液比为1:5～1:20。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张楚萱，龚勋，彭阳，徐明厚，冯天毅，欧阳志鹏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：