碳酸盐辅助生物柴油生产及固碳循环培养微藻

发布时间：2020-10-22 07:38

　　 由于石油的日益枯竭,越来越多的研究者认为生物质能源会代替化石能源。与其它产油作物相比,微藻在生产生物柴油方面具有更多的优势,但由于其成本较高,很难应用于大规模生产。目前上游培养中微藻单位产油率较低、二氧化碳供应成本高以及下游阶段油脂提取、生物柴油转化和处理废水废渣带来的成本都很高。针对这些问题,本文提出了碳酸盐辅助生物柴油生产及固碳循环培养微藻的总体思路,并对其可行性进行了探索和验证。首先,在整个培养体系中,采用Na HCO_3代替传统二氧化碳的补碳方式进行富油新绿藻的培养,以降低培养成本。为了提高微藻的单位体积油脂产量,利用Plackett–Burman试验筛选对该藻生长和油脂积累有显著影响的因子为ZnSO_4·7H_2O、MgSO_4·7H_2O EDTA-2Na和NaNO_3,之后利用中心合成实验对这些显著因子进行了优化,确定了0.007mM ZnSO_4·7H_2O、0.74 mM MgSO_4·7H_2O、2.88 mg/L EDTA-2Na及3.98 mM Na NO_3为最优条件。采用优化条件培养富油新绿藻,获得的干重最大值为1.73 g/L,总脂肪酸含量最高值为23.4%(DCW)。其次,油脂提取方面直接以湿藻为原料,用离子液体和碳酸盐混合破壁,并利用乙醇/Na_2CO_3体系进行双水相萃取,得到上相为生物柴油。最终得出Na_2CO_3/H_2O(w/w)为1:3、DBU(1,8-二氮杂二环十一烯-7-烯)/H_2O(w/w)为1:7.5、反应时间为100 min、反应温度为90℃及乙醇浓度在体系中为9%(w/w)时,脂肪酸的分配系数和脂质回收率最高,分别达到96.7和97.9%。同时在乙醇/Na_2CO_3双水相体系中,叶绿素、蛋白质同样具有较高的回收率。采用该法对富油新绿藻油进行油脂提取获得的生物柴油生产效率为20.3 mg/g DCW,是索式法的1.3倍,说明该工艺可以有效地对微藻进行破壁及油脂的提取。最后,通过添加不同体积比例的萃取体系中的下相对富油新绿藻进行培养,最终发现该藻在添加体积比为4%的混合培养基中,干重可达到1.88 g/L,总脂肪酸单位体积产量最高,可达到0.35 g/L,该值高于同等条件下采用新鲜培养基培养出的微藻的单位体积油脂产量。同时向新鲜培养基中加入体积比为4%的萃取体系中的下相能实现产出废水的完全循环利用。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK6
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 微藻柴油综述及选题依据
    1.1 生物柴油概述
    1.2 微藻培养过程影响因素
        1.2.1 碳源
        1.2.2 氮源
        1.2.3 金属离子
        1.2.4 其它元素
    1.3 微藻破壁的方法
        1.3.1 机械法破壁
        1.3.2 非机械法破壁
    1.4 微藻油脂提取方法
        1.4.1 机械压榨法
        1.4.2 微波辅助提取法
        1.4.3 双水相萃取法
        1.4.4 超临界萃取法
        1.4.5 离子液体萃取法
    1.5 循环培养
    1.6 微藻生产生物柴油成本问题
        1.6.1 供碳成本
        1.6.2 微藻产油效率
        1.6.3 破壁技术成本
        1.6.4 处理废水废渣的成本
    1.7 选题依据及研究内容
2 耐碳酸氢盐产油微藻的培养条件优化
    2.1 材料与方法
        2.1.1 藻种来源
        2.1.2 实验仪器
        2.1.3 实验试剂
        2.1.4 藻种培养方法
        2.1.5 富油新绿藻营养因子PB实验设计
        2.1.6 富油新绿藻显著营养因子中心合成实验设计
        2.1.7 富油新绿藻营养因子最优条件的验证实验设计
        2.1.8 富油新绿藻室外连续培养实验设计
        2.1.9 细胞干重测定方法
        2.1.10 微藻油脂甲脂化及气相色谱分析法定量分析
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 富油新绿藻营养因子PB实验
        2.2.2 富油新绿藻营养因子中心合成实验
        2.2.3 富油新绿藻营养因子最优条件的验证实验
        2.2.4 富油新绿藻室外连续培养实验
    2.3 小结
3 富油新绿藻破壁及双水相萃取实验
    3.1 材料与方法
        3.1.1 藻种来源
        3.1.2 实验仪器
        3.1.3 实验试剂
        3.1.4 藻种培养方法
        3.1.5 富油新绿藻破壁率中心合成实验设计
        3.1.6 富油新绿藻破壁率验证实验设计
2CO₃对双水相萃取体系影响的实验设计'>        3.1.7 乙醇和Na₂CO₃对双水相萃取体系影响的实验设计
        3.1.8 生物柴油生产能力的测定
        3.1.9 微藻破壁率的测定
        3.1.10 蛋白质含量的测定
        3.1.11 总糖含量的测定
        3.1.12 叶绿素含量的测定
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 富油新绿藻破壁率中心合成实验
        3.2.2 富油新绿藻破壁率验证实验
2CO₃对双水相萃取能力的影响'>        3.2.3 乙醇和Na₂CO₃对双水相萃取能力的影响
        3.2.4 不同破壁提油条件对生物柴油生产能力的影响
    3.3 小结
4 富油新绿藻循环培养实验
    4.1 材料与方法
        4.1.1 藻种来源
        4.1.2 实验试剂
        4.1.3 实验仪器
        4.1.4 藻种培养方法
        4.1.5 富油新绿藻循环培养实验设计
        4.1.6 DBU对富油新绿藻循环培养影响的实验设计
        4.1.7 细胞碎片和大分子对富油新绿藻循环培养影响的实验设计
        4.1.8 TIC的测定方法
        4.1.9 叶绿素的测定方法
        4.1.10 DBU的测定方法
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 双水相萃取体系中下相TIC浓度的确定
        4.2.2 萃取体系中的下相对富油新绿藻循环培养的影响
        4.2.3 DBU对富油新绿藻循环培养的影响
        4.2.4 细胞碎片和大分子对富油新绿藻循环培养的影响
        4.2.5 培养-破壁-提油循环体系中的物料衡算
    4.3 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2851306