一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法。本发明的方法首先进行产氢微藻、产油微藻细胞的培养，然后按照一定的比例对产氢蓝藻、产油绿藻进行共诱导调控产氢、产油，通过自浮采收两种藻细胞，并进行氢气的纯度分析、定量以及微藻油的提取，最后利用微藻光合产生的H2直接对微藻油加氢制备高品质生物柴油。本发明利用丝状固氮蓝藻产氢自浮现象采收产油绿藻，与传统微藻采收方法相比，无需添加任何絮凝剂或者通气，也不需要其他高能耗设备辅助，解决了微藻采收成本过高的问题。同时通过藻类自产物氢气和油脂进行反应，还能得到优质生物柴油，具有重要的现实意义与经济效益。
【专利说明】一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物能源制备【技术领域】，具体涉及一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法。
【背景技术】
[0002]当今社会，化石能源枯竭、淡水资源匮乏以及温室效应严重制约着社会和经济的发展，迫切需要寻找高效、清洁、无污染的新型绿色能源。微藻作为一种生长速度快、产油量高、对淡水和耕地等资源依赖较小的作物，逐渐吸引全球能源学家和环境学家的目光。
[0003]大规模微藻养殖中，藻细胞的采收是一个关键环节。由于微藻细胞个体微小(3-30 μ m)，并且在培养液中的浓度很低，决定了其采收难度较大。据文献报道，其成本约占总生产成本的20-30%。生物质的采收就是除去藻液中的自由水，降低藻细胞含水量的过程，为后续的油脂提取等环节做准备。因此，有效提高微藻细胞的回收率、降低藻细胞的含水量不仅可以提高生物质采收的效率，还能够将抵达后续工艺的能耗和成本，意义重大。
[0004]传统的微藻细胞采收方法主要有离心法、过滤法、絮凝沉降法和气浮法等。另外，也有一些新兴的生物质采收法，如超声波法、生物转化法等也在不断研发中。
[0005]离心法处理速度快，对藻细胞的损伤也较小，并且生物质回收率高(> 90% )、去水效果好、适用范围广，但是离心机的能耗几乎是所有分离设备中最高的，并且处理量也会受到机器大小以及数量的限制，这种分离方法造成微藻的收获几乎占据微藻培养成本的1/3-1/2。
[0006]过滤法是常用的、成熟的化工方法。然而普通滤纸孔径过大，微藻细胞仅有3-10 μm，过滤较难。若改为滤膜，即使孔径大小合适，但是很多细胞具有粘性，容易污染、堵塞滤膜，导致分离时间过长，甚至滤液无法通过，如果增大压强，一方面成本升高，另一方面的机械强度不够。另外，由于微藻悬浮液的密度过低，需要消耗大量能量才可以将藻液泵入过滤装置，实现过滤分离的目的，成本过高。
[0007]絮凝沉降法是通过调节pH或者向培养基中添加无机或者有机化合物，使微藻发生絮凝沉降，实现藻水分离。但是添加的絮凝剂很可能对微藻产生破坏作用，而且在后续的微藻加工过程中，由于必须要提取出所收获微藻中的絮凝剂，增加了工艺的繁杂度。另外，某些残留的絮凝剂浓度过高时会对微藻生长产生毒害，某些安全无毒的多糖絮凝剂又成本较高。
[0008]气浮法是一种比较有潜力的微藻富集方法，但是该方法需要有合理的气浮分离设备及分离工艺，分离效果受到设备结构及工艺条件等诸多因素影响。
[0009]Ming Chen等研宄表明，丝状固氮蓝藻在产氢过程中可以完成自浮，自浮率高达91.71%，大大降低了微藻的收获成本。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法，通过蓝藻光合作用产生的氢气完成自浮并同时采收共培养的产油绿藻，产生的氢气和藻油进行直接加氢制备高品质微藻生物柴油。
[0011]本发明所采用的技术方案为:
[0012]一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法，包括步骤如下:
[0013](I)对产氢蓝藻和产油绿藻进行培养；
[0014](2)对产氢蓝藻、产油绿藻进行共同诱导调控产氢、产油，通过自浮采收两种藻细胞，并进行氢气的纯度分析、定量以及微藻油脂的提取；
[0015](3)利用产氢蓝藻光合产生的H2直接对微藻油加氢制备生物柴油。
[0016]其中，在共诱导前进行产氢蓝藻、产油绿藻的培养，培养过程所用的基础培养基为BGII或TAP培养基。培养过程中恒温并采用24h持续光照，液体通气培养。藻液置于30°C温度和 30ymol photon m_2s ^1 (Model MQ-100)光照强度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合气体。
[0017]为了提高产氢、产油效率并达到自浮，可选的，产氢过程采用的藻种为产氢效率较高的丝状固氮蓝藻，产油过程采用的藻种为细胞内油脂含量较高的单细胞绿藻。
[0018]所述共同诱导的方法为:产氢蓝藻、产油绿藻分别培养至对数末期OD75tl值为
0.8-0.95时进行混合，共诱导条件为营养缺陷诱导、厌氧诱导、黑暗诱导中的一种以上。
[0019]产氢蓝藻、产油绿藻混合体积比例为10:1-1:10。
[0020]培养结束后，可以利用高压气相色谱对氢气进行纯度分析和定量，采收自浮藻体，提取微藻细胞中的油脂，直接加氢生产生物柴油。
[0021]反应结束后得到主要成分为烃类的高品质生物柴油。
[0022]本发明方法与其他方法相比的优势在于:
[0023](I)本发明方法所采用的采收方法工艺简单快速，不需要添加专门的生物质采收装置即可完成自浮采收。
[0024](2)本发明方法所采用的采收方法与其他传统工艺相比，不需要依赖高能耗的设备，仅依靠藻体自身产氢完成自浮收获，大大降低了采收过程的能耗。
[0025](3)本发明方法利用丝状固氮蓝藻自浮采收共培养的产油绿藻，并通过自产物氢气和油脂生产高品质微藻生物柴油，对储存在微藻细胞内的太阳能进行深层次的转化，从根本上提高转化效率，采用的采收方法不需要添加任何物理或者化学絮凝剂，亦不需要通过调节pH或者加入金属盐即可完成藻水分离过程，无后续处理工艺，并且对环境无污染。
[0026](4)用本发明方法制备微藻生物柴油，利用微藻自产的原材料氢气和藻油进行反应，具有较高的应用价值，拥有广阔的潜在市场，对微藻生物柴油的研宄具有重要意义，具有较高的潜在经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0027]下面给出具体的实施例，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
[0028]实施例1
[0029]利用BGII培养基培养产氢蓝藻A7119、产油绿藻Chlorella。藻液置于30°C温度 30 μ mo I photon m_2s-1(Model MQ-100)光照强度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合气体。产氢蓝藻、产油绿藻分别培养至对数末期OD75tl值为0.8时，按照体积比1:5的比例对A7119和Chlorella共诱导产氢、产油。共诱导的方法为营养缺陷诱导；培养结束后，利用高压气相色谱对氢气进行纯度分析、定量、采集，采收自浮的两种藻细胞，利用氯仿/甲醇法提取微藻细胞中的油脂。进行加氢反应，反应结束后得到主要成分为烃类的高品质生物柴油。
[0030]实施例2
[0031]利用BGII培养基培养产氢蓝藻A7119、产油绿藻ccl24。藻液置于30°C温度和30 μ mo I photon m_2s-1(Model MQ-100)光照强度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合气体。产氢蓝藻、产油绿藻分别培养至对数末期OD75c!值为0.95时，按照体积比1:2的比例对A7119和ccl24共诱导产氢、产油。共诱导的方法为厌氧诱导，培养结束后，利用高压气相色谱对氢气进行纯度分析、定量、采集，采收自浮的两种藻细胞，利用氯仿/甲醇法提取微藻细胞中的油脂。进行加氢反应，反应结束后得到主要成分为烃类的高品质生物柴油。
[0032]实施例3
[0033]利用TAP培养基培养产氢蓝藻A7119、产油绿藻cc503。藻液置于30°C温度和
30μ mo I photon m_2s-1(Model MQ-100)光照强度下，并通以 C02:Air = 2:98 (v:v)混合气体。产氢蓝藻、产油绿藻分别培养至对数末期OD75tl值为0.9时，按照体积比10:1的比例对A7119和cc503共诱导产氢、产油。共诱导的方法为黑暗诱导，培养结束后，利用高压气相色谱对氢气进行纯度分析、定量、采集，采收自浮的两种藻细胞，利用氯仿/甲醇法提取微藻细胞中的油脂。进行加氢反应，反应结束后得到主要成分为烃类的高品质生物柴油。
【权利要求】
1.一种利用产氢蓝藻自浮采收产油绿藻制备微藻生物柴油的方法，其特征在于，包括步骤如下: (1)分别对产氢蓝藻和产油绿藻进行培养； (2)对产氢蓝藻、产油绿藻进行共同诱导调控产氢、产油，通过自浮采收两种藻细胞，并进行氢气的纯度分析、定量以及微藻油脂的提取； (3)利用产氢蓝藻光合产生的H2直接对微藻油加氢制备生物柴油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，培养过程所用的基础培养基为BGII或TAP培养基。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产氢蓝藻为丝状固氮蓝藻，所述产油绿藻为单细胞产油绿藻。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述共同诱导的方法为:产氢蓝藻、产油绿藻分别培养至对数末期OD75tl值为0.8-0.95时进行混合，共诱导条件为营养缺陷诱导、厌氧诱导、黑暗诱导中的一种以上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，产氢蓝藻、产油绿藻混合体积比例为10:1-1:10。
【文档编号】C12R1/89GK104513846SQ201410811948
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】李十中, 陈明, 王文睿 申请人:清华大学