基本信息
- 項目名稱：
- 微藻生產(chǎn)生物柴油的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 為提高微藻產(chǎn)油量，本文以蛋白核小球藻為研究對象，提出適合于提高微藻產(chǎn)油率的的方法和技術(shù)，主要包括蛋白核小球藻生物量快速準確檢測方法的建立、微藻光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系的優(yōu)化和培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器的設(shè)計。
- 詳細介紹：
- 為提高微藻產(chǎn)油量，本文以蛋白核小球藻為研究對象，提出適合于提高微藻產(chǎn)油率的的方法和技術(shù)，主要包括蛋白核小球藻生物量快速準確檢測方法的建立、微藻光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系的優(yōu)化和培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器的設(shè)計。 蛋白核小球藻生物量檢測是利用分光光度計測定蛋白核小球藻藻液的吸光值，以此快速準確評估其生物量。在200~800nm對蛋白核小球藻進行吸光掃描，發(fā)現(xiàn)藻液在517nm下吸光值最靈敏，其吸光值與其生物量之間存在良好的線性關(guān)系：Y=0.2578X-0.0051，線性系數(shù) R^2=.9956。 微藻光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系的優(yōu)化主要基于正交優(yōu)化，確定微藻的最佳培養(yǎng)條件。研究發(fā)現(xiàn)，采用光強為2500lx、波長為517nm的綠光照射時，微藻產(chǎn)油率最高；添加二氧化碳固定劑碳酸鈉可以顯著提高微藻產(chǎn)油率，且碳酸鈉濃度為0.25g/L、二氧化碳通氣量為0.4VVM時微藻產(chǎn)油率最高。 新型光生物反應(yīng)器的設(shè)計主要以環(huán)保、節(jié)能、提高產(chǎn)率為目的，從提高二氧化碳和光能利用率兩方面進行創(chuàng)新。反應(yīng)器中加入二氧化碳固定劑來延長二氧化碳在藻液中的停留時間?；诠饫w傳導(dǎo)和漫反射原理，設(shè)計反應(yīng)器筒體外殼為雙層玻璃結(jié)構(gòu)（兩者折射率不同）、底部為漫反射表面，以達到使光線多進少出、多次反射利用的目的。采用數(shù)學模型的方法精確地計算出圓環(huán)結(jié)構(gòu)的光源發(fā)射器的安裝位置和密度，以提高光能利用率。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 研究目的:旨在解決微藻生產(chǎn)生物柴油的過程中，存在的二氧化碳固定率低、光能利用率低、成本過高等問題。撰寫思路:①基于光密度法建立了快速測定蛋白核小球藻生物量的方法。②確定培養(yǎng)微藻的最佳波長，以此為輔助光源，并經(jīng)一步優(yōu)化最適光強、二氧化碳固定劑濃度和二氧化碳通氣量。③設(shè)計了一種可高效利用光能和二氧化碳的光生物反應(yīng)器。
科學性、先進性及獨特之處
- ①目前，關(guān)于提高微藻光能利用率的研究多從光強和光周期角度出發(fā)，從增強微藻固定二氧化碳能力的角度提高微藻對二氧化碳利用率的報道還未見。②傳統(tǒng)的反應(yīng)器多采用單層玻璃、平整底面，且燈光分布隨意，造成光能分布不均，流失嚴重。我們利用光纖傳導(dǎo)原理和漫反射理論，把光反應(yīng)器的壁設(shè)計成兩層折射率不同的玻璃，底部為漫反射表面，達到使光線多進少出、均勻分布的目的。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- ①完善了微藻光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系，為微藻大規(guī)模生產(chǎn)生物柴油提供可靠的理論依據(jù)和實施方法。綠光照明系統(tǒng)的使用、二氧化碳固定劑的添加等都有效地提高了培養(yǎng)體系的產(chǎn)油效率，為突破微藻生產(chǎn)生物柴油的兩大瓶頸提供了新思路。②快速測定微藻生物量方法的建立有助于快速準確地評估生長狀況，為同類微藻細胞生物量的測定提供了方法參考。③新型微藻生物反應(yīng)器的設(shè)計為微藻高效、低能耗、一體化產(chǎn)油提供了良好的設(shè)備基礎(chǔ)。
學術(shù)論文摘要
- 蛋白核小球藻生物量檢測是利用分光光度計測定蛋白核小球藻藻液的吸光值，以此快速準確評估其生物量。在200~800nm對蛋白核小球藻進行吸光掃描，發(fā)現(xiàn)藻液在517nm下吸光值與其生物量之間存在良好的線性關(guān)系：Y=0.2578X-0.0051，線性系數(shù) R^2=.9956。 微藻光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系的優(yōu)化主要基于正交優(yōu)化，確定微藻的最佳培養(yǎng)條件。研究發(fā)現(xiàn)，采用光強為2500lx、波長為517nm的綠光照射時，微藻產(chǎn)油率最高；添加二氧化碳固定劑碳酸鈉可以顯著提高微藻產(chǎn)油率，且碳酸鈉濃度為0.25g/L、二氧化碳通氣量為0.4VVM時微藻產(chǎn)油率最高。 新型光生物反應(yīng)器的設(shè)計主要以環(huán)保、節(jié)能、提高產(chǎn)率為目的，從提高二氧化碳和光能利用率兩方面進行創(chuàng)新。反應(yīng)器中加入二氧化碳 固定劑來延長二氧化碳在藻液中的停留時間?；诠饫w傳導(dǎo)和漫反射原理，設(shè)計反應(yīng)器筒體外殼為雙層玻璃結(jié)構(gòu)（兩者折射率不同）、底部為漫反射表面，以達到使光線多進少出、多次反射利用的目的。采用數(shù)學模型的方法精確地計算出圓環(huán)結(jié)構(gòu)的光源發(fā)射器的安裝位置和密度，以提高光能利用率。
獲獎情況
- 1. 申請國家發(fā)明專利1項 [1]王英娟，李壯，黃嘉駿，賀敬，唐澤麗，呂騰，李紅偉：培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的光生物反應(yīng)器，專利申請?zhí)枺?01120069375.5。 2. 發(fā)表論文4篇 [1]賀敬，李壯，唐澤麗，黃嘉駿，王英娟*：蛋白核小球藻生物量快速準確檢測技術(shù)的研究?！段鞅贝髮W學報》審稿中。 [2]唐澤麗，李壯，賀敬，黃嘉駿，王英娟*：產(chǎn)油蛋白核小球藻光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系的研究?！段鞅贝髮W學報》審稿中。 [3]賀敬，李壯，王英娟*，馬濤，蔣海亮．微藻的固定化技術(shù)及應(yīng)用研究 微創(chuàng)醫(yī)學，2010，（6）：600-603。 [4]李壯，賀敬，王英娟*．微藻光合作用產(chǎn)氫的研究進展．吉林農(nóng)業(yè)，2010，（12）：80-81。 3. 獲國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目資助1項 [1]賀敬，李壯，李娜：環(huán)保高效制備生物柴油（No.101069710）。研究經(jīng)費20，000元，實批20，000元，起止時間為2010.10～2012.04。指導(dǎo)教師：王英娟。 4. 獲獎1項 [1]李壯，賀敬：在“第23屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽：節(jié)能減排”中獲創(chuàng)意類優(yōu)秀獎。指導(dǎo)老師：王英娟。
鑒定結(jié)果
- 屬實
參考文獻
- [1]薛志忠，吳新海．國內(nèi)外生物柴油研究進展[J]．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，16：293-297． [2]孫平，江清陽．生物柴油對能源和環(huán)境影響分析[J]．農(nóng)業(yè)工程學報，2004，19(1) ：5． [3]李雪靜，張璐瑤，喬明，等．藻類生物燃料研究開發(fā)進展[J]．中外能源，2009，14(4) ：23-26． [4]朱建良，張冠杰．國內(nèi)外生物柴油研究生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J] ．化工時刊，2004，18(1) ：23-27． [5]梁國斌，李小華．利用微藻制備生物柴油的研究進展[J] ．江蘇技術(shù)師范學院學報，2010，16(3) ：10-13． [6]禮玲，張杰，李瀟萍，等．微藻培養(yǎng)模式的研究進展[J] ．可再生能源，2010，28(1) ：56-62． [7]宋東輝，侯李君，施定基．生物柴油原料資源高油脂微藻的開發(fā)利用[J] ．生物工程學報，2008，24(3) ：341-348． [8]姜進舉，苗鳳萍，馮大偉，等．微藻生物柴油技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望[J] ．中國生物工程雜志，2010，30(2) ：134-140． [9] Auschra C.M.,et al.Crystallization behavior of neat biodiesel and biodiesel treated with ozonized vegetable oil[J].European Journal of Lipid Science and Technology,2005,107(9):107-110. [10]王蒙，李純厚，戴明．以海洋微藻為原料提取生物燃料的研究進展與發(fā)展趨勢[J] ．南方水產(chǎn)，2009，5(1):74-80．
同類課題研究水平概述
- 在光合自養(yǎng)培養(yǎng)體系的構(gòu)建過程中，國際上探索了很多利于微藻生長和產(chǎn)油的生理培養(yǎng)條件。由于光能利用率和二氧化碳利用率低仍是制約微藻生產(chǎn)生物柴油進入商業(yè)化的瓶頸，因此，探究如何解決這兩大問題成為微藻生產(chǎn)生物柴油研究的核心。 目前，關(guān)于提高微藻光能利用率的文獻報道較多，例如李荷芳、曾艷藝等研究了不同光強對海洋微藻脂肪酸含量和成分的影響，孫歲寒探究了不同的光周期對海洋微藻的影響，但從優(yōu)化光質(zhì)角度提高光能利用率的報道還較少；而關(guān)于提高二氧化碳利用率的文獻報道幾乎為零。 本研究參考微藻細胞的波長掃描結(jié)果，對比不同光質(zhì)對微藻生物量和產(chǎn)油量的影響后，用綠光代替白光作為輔助光源培養(yǎng)微藻，提高其光能利用率?；谔妓徕c對二氧化碳的固定作用，在藻液中添加碳酸鈉并優(yōu)化了最佳碳酸鈉濃度，增大了氣液接觸面積，延長了二氧化碳氣體在藻液中的停留時間。 目前光生物反應(yīng)器由于其集成、高效、自動化等優(yōu)點應(yīng)用在培養(yǎng)微藻生長代謝產(chǎn)物、育種等領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器在培養(yǎng)微藻時尚存在以下問題：①光能利用率不高。光生物反應(yīng)器的采光方式主要有室外直接采光和人造光源采光兩種。采用室外采光的方案不能保證持續(xù)穩(wěn)定的光能供給，在光能利用過程中存在著采集難、流失多的問題；采用人造光源則存在大量消耗電能的弊端，不利于降低微藻大規(guī)模培養(yǎng)的成本。②二氧化碳利用率不高。目前多采用帶有一個出口的管路系統(tǒng)將空氣通入微藻懸浮液中。這種方法得到的二氧化碳量較少、氣泡直徑較大，在藻液中停留的時間短，導(dǎo)致二氧化碳利用率低，影響微藻的產(chǎn)量。 本論文設(shè)計的光生物反應(yīng)器基于光纖傳導(dǎo)原理和漫反射理論，在微藻光反應(yīng)釜筒體外殼采用兩層折射率不同的玻璃，底部采用漫反射粗糙結(jié)構(gòu)，達到使光線在斧體內(nèi)多次反射、多進少出的目的；利用數(shù)學建模的方法計算出內(nèi)置環(huán)狀光柵系統(tǒng)安裝位置和密度，達到在滿足微藻基本光照需求的同時最大限度減少光能浪費。
