【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于原生生物质的资源化利用，具体涉及一种基于la2o3催化剂的富糖微藻水解制备乳酸的方法。
技术介绍
1、乳酸是一种通用的高潜力的平台化合物，主要用于医药、食品工业、生物可降解塑料以及用作环境友好型溶剂等领域。以生物质为原料通过催化手段制备乳酸这种小分子含氧化学品，可以克服传统发酵方法制备乳酸反应周期长、条件苛刻且生物酶价格昂贵等问题，具有广阔的发展前景。但就陆生生物质为原料而言，以催化技术尤其是水热催化方法制备乳酸主要是利用其中的半纤维素和纤维素的结构单元五碳和六碳糖，促使其经过断键向乳酸转化，但原生生物质中的木质素及灰分阻碍的水解反应的发生且对催化剂具有一定的毒害作用，因此需要对原生生物质进行预处理以提高乳酸的选择性。相比于陆生生物质，微藻经缺氮培养之后所得富含碳水化合物的富糖微藻，可以作为生产乳酸的理想原料，因其不含有木质素且低灰分的特质，使其不经预处理可以直接经简单收集和浓缩后即可进行水热反应制备乳酸。
2、专利cn 107628938a公开了一种用镧基催化剂催化微藻制备乳酸的方法。将微藻和水在镧基催化剂存在的条件下进行水解反应，反应结束后经处理得到乳酸，所述镧基催化剂选自la2o3、lacoo3和la(oh)3中的一种或多种，但是乳酸收率较低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于la2o3催化剂的富糖微藻水解制备乳酸的方法，用于解决现有技术中乳酸产率不高、催化剂回收利用率低的技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用
3、本专利技术提供了一种基于la2o3催化剂的富糖微藻水解制备乳酸的方法，所述催化剂为通过包括如下步骤的方法制得的复合催化剂：
4、a1、将al(oh)3煅烧得到γ-al2o3；
5、a2、将y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o溶于水中得到混合液，再将混合液滴加到步骤a1所得的γ-al2o3上，持续搅拌，干燥、研磨后煅烧，得到复合催化剂。
6、步骤a1中，煅烧的温度为700-900℃，煅烧的时间为2-4h；煅烧时的升温速率为3-7℃/min。该催化剂是经过多次实验得到，在适宜温度及时间范围，能与la2o3、y2o3协同提供最佳的催化效率，市售的较难控制煅烧时温度和时间。
7、步骤a1、a2中，al(oh)3、y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o、水的用量比为20-40kg：2.45-5kg：2.1-4.2kg：30-50l；滴加速度为0.1-0.5ml/s。y和la其他特殊之处在于具有催化多糖制乳酸的高选择性、低温催化、可重复性。
8、步骤a2中，混合液滴加到固体氧化铝上，通过控制滴加速度，会在氧化铝表面逐渐扩散和吸附(la2o3、y2o3扩散和吸附在γ-al2o3上)。如果将氧化铝直接加入混合液，不利于控制溶液滴加的速度和量，不利于控制反应过程，同时也就不利于缓慢扩散和吸附，最终形成的催化剂表面酸度会有改变，影响最终的催化效果。若将三者直接熔融混合，煅烧温度很高，单纯共混则相当于独立的固体催化剂共混，催化效果很差，而将y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o混合液滴加到γ-al2o3上，再煅烧能形成紧密的结构和适当的总表面酸度，提高催化效应。
9、步骤a2中，搅拌的时间为12-36h，在室温下进行；干燥的温度为100-120℃，时间为12-24h。
10、步骤a2中，煅烧的温度为500-800℃，时间为2-4h。两种煅烧后的氧化物协同配合提高催化剂催化效果。
11、本专利技术使用硝酸盐溶解度很高，且煅烧产物是氮氧化物，容易处理不污染空气，溶解性相对好点的氯化盐煅烧会产生氯气，所以这里就只用硝酸盐。al(oh)3与y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o，不同的煅烧温度能得到煅烧产物的纯度较好，al(oh)3、y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o不能直接混合煅烧。
12、通过采用上述技术方案，复合催化剂具有较高的比表面积、较大的总孔容和较小的孔径，表现出以9nm为中心的较窄的平均孔径分布；利用y和la表面改性γ-al2o3，相互作用产生了新的路易斯酸位和布朗斯台德酸位(y和la的电子结构和大的空轨道使它们能够形成新的路易斯酸位和布朗斯台德酸位点)，复合催化剂可以高度催化微藻中多糖的转化，并显示出独特的性质和对乳酸的出色的产物选择性。
13、本专利技术提供一种基于la2o3催化剂的富糖微藻水解制备乳酸的方法，包括以下步骤：
14、将富糖微藻、复合催化剂和水混合得到共混物，搅拌反应，冷却后离心，将离心液过滤即得到乳酸；所述复合催化剂是将al(oh)3煅烧后，滴加含y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o的混合溶液并煅烧得到。以上过程中，富糖微藻先水解成可溶性的单糖，然后在路易斯酸和布朗斯台德酸位协同作用，促进逆醛醇缩合反应的发生生成乳酸。
15、优选地，所述富糖微藻、复合催化剂、水的用量比为(0.1-0.2)kg：(0.008-0.1)g：(12-24)l。
16、优选地，共混物搅拌反应前先排出空气，具体为：充入压力为2.0-4.0mpa的氦气吹扫3-5次排除空气；搅拌反应条件：温度为220-260℃、时间为20-120min，转速度为500-700r/min；冷却方法：用冰水浴将反应器快速冷却至室温；过滤方法：通过孔径为0.20-0.24μm的滤膜过滤。
17、优选地，所述富糖微藻是将微藻经缺氮培养后得到的，具体培养方法如下：
18、s1、将微藻(增稠微藻)，加入水稀释，得到预处理微藻；
19、s2、将预处理微藻接种于培养基中，再加入混合废水，以后每天再补充混合废水保持体积不变，持续7-14天，得到富糖微藻。
20、步骤s1中，所述微藻包括蓝藻、绿藻、小球藻、衣藻中的至少一种；更优选为蓝藻、绿藻中的至少一种。
21、步骤s1中，所述微藻(增稠微藻)、预处理微藻的体积比为：0.05-0.1：1.2-2.4。所述微藻(增稠微藻)经过除杂处理，除去微藻中的杂质，具体为：将采集或市购的微藻沉淀，除去上清液后即得，沉淀时间为30-60min。
22、步骤s2中，所述培养基为非无菌bg-11培养基，培养条件：温度为15℃-31℃，光强为17500-19500lux、光/暗周期为12h：12h。培养基是加入光生物反应器中进行，7天更新一次。
23、步骤s2中，预处理微藻与加入混合废水后的预处理微藻的体积比为(1.2-2.4)：2.5。补充混合废水是在每天暗周期结束时补充，总体积维持与第一天不变。
24、步骤s2中，所述混合废水为高c/n摩尔比的混合废水；具体为体积比为(65-85)：(35-15)的冷却塔废水与生活废水复配而成。
25、所述冷却塔废水水质为：化学需氧量为85.5-89.5mg o2l-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于La2O3催化剂的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，该方法所用催化剂为通过如下步骤的方法制得的复合催化剂：
2.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤A1中，煅烧的温度为700-900℃，煅烧的时间为2-4h；煅烧时的升温速率为3-7℃/min。
3.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤A1、A2中，Al(OH)3、Y(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O、水的用量比为20-40kg：2.45-5kg：2.1-4.2kg：30-50L；滴加速度为0.1-0.5mL/s。
4.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤A2中，煅烧的温度为500-800℃，时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，所述富糖微藻水解制备乳酸的方法，包括以下步骤：将富糖微藻、复合催化剂和水混合得到共混物，搅拌反应，冷却后离心，将离心液过滤即得到乳酸。
6.根据权利要求5所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法
7.根据权利要求5所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，所述富糖微藻是将微藻经缺氮培养后得到的。
8.根据权利要求7所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，所述缺氮培养的具体培养方法如下：
9.根据权利要求8所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤S1中，所述微藻包括蓝藻、绿藻、小球藻、衣藻中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤S2中，所述培养基为BG-11培养基，培养条件：温度为15℃-31℃，光强为17500-19500lux、光/暗周期为12h：12h。
...【技术特征摘要】
1.一种基于la2o3催化剂的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，该方法所用催化剂为通过如下步骤的方法制得的复合催化剂：
2.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤a1中，煅烧的温度为700-900℃，煅烧的时间为2-4h；煅烧时的升温速率为3-7℃/min。
3.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤a1、a2中，al(oh)3、y(no3)3·6h2o、la(no3)3·6h2o、水的用量比为20-40kg：2.45-5kg：2.1-4.2kg：30-50l；滴加速度为0.1-0.5ml/s。
4.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，步骤a2中，煅烧的温度为500-800℃，时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的富糖微藻水解制备乳酸的方法，其特征在于，所述富糖微藻水解制备乳酸的方法，包括以下步骤：将...
【专利技术属性】
技术研发人员：于彬，许高鹏，鲁承豪，
申请(专利权)人：上海鸣桦环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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