开发杜氏藻生物质能源的初步研究

论文摘要

生物质能源的开发利用是缓解我国能源和环境压力,建立可持续发展能源系统的有效措施。在众多生物质中,藻类具有生物量大、生长周期短、易培养以及脂类含量较高等特点,是制备生物质能源的良好材料。本实验选择杜氏藻（Dunaliella）作为研究对象,利用诱变育种、胁迫诱导和海水养殖等方法获得高脂含量的杜氏藻生物质原料。通过热裂解反应将其转化为生物油和可燃气等可再生生物质能源,初步建立了一条开发杜氏藻生物质能源的新途径。主要结果如下:1.对杜氏藻属（Dunaliella）的15个不同株系进行特定条件下的培养,在生长平衡期收获,采用索氏提取法测定其脂类含量。其中9株杜氏藻的脂类含量超过了干重的10%,达10.4～18.3%,其它6株在6.7～9.0%之间;2.通过正交实验研究了氮含量、温度、光照和盐度等因素对杜氏藻株系（NO.10和NO.15）生长和脂类含量的影响。结果表明,最适合杜氏藻生长的培养条件是:氮含量（5mmol/L）、温度（28℃）、光照（15 000lx）以及盐度（1.5mol/L）;最适合杜氏藻脂类积累的培养条件是:氮含量（1mmol/L）、温度（33℃）、光照（25 000lx）以及盐度（0.5mol/L）:3.采用紫外线照射的方法对杜氏藻Dunaliella bardawil H-42（编号为NO.10）进行诱变。通过小剂量乙醚抽提和索氏提取法分析,得到两株脂类含量显著高于原出发株的突变株,分别命名为D.bardawil H-42 var.HL-1（简称HL-1）和D.bardawil H-42 vat.HL-2（简称HL-2）。研究表明,HL-1和HL-2的脂类含量可达细胞干重的21.1%和20.5%,分别比对照提高了31.9%和28.1%。随机扩增多态性DNA（RAPD）分析表明,HL-1和HL-2与NO.10的遗传相似系数为分别为0.797和0.718,由此确认HL-1和HL-2均为NO.10的高脂突变株;4.利用海水对杜氏藻进行了室外养殖实验。结果表明,在周年养殖过程中,培养液的盐度、pH值以及微生物含量的变化情况都不影响杜氏藻的正常生长,可以获得较高的生物量和脂类产出。海水养殖可以成为一种大规模养殖杜氏藻的简单、经济的成功模式:5.以杜氏藻生物质为原料,利用自行设计研制的流化床反应器进行了热裂解实验。结果显示,杜氏藻生物质原料被转化成了生物油、裂解气和焦炭等产物。通过正交实验研究了热解温度、热解时间和催化剂等反应参数对热解产物含量的影响规律,发现提高热解温度可以增加热解油、气的总产率,添加催化剂可以提高生物油的产出比例。利用杜氏藻的高脂突变株HL-1和HL-2热解获得了高产量的生物油,产油率分别为51.3%和52.4%,生物油热值可达34MJ/kg和35MJ/kg,大约是木材的2倍;同时获得了一定量的裂解气体（产率为25.6%和20.9%）,其中可燃气的比例含量分别占总裂解气的58.96%和65.10%;最终所获的生物质能源的总产率分别可达76.9%和73.3%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 能源、资源与环境
• 1.2 生物质能源的开发利用
• 1.3 生物质热解技术研究进展
• 1.4 利用微藻制备生物燃料的研究进展
• 1.5 环境因子对微藻脂类积累的影响
• 1.6 本项目研究的主要内容和意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 主要仪器与试剂
• 2.2 藻种来源及其培养
• 2.3 杜氏藻多株系的筛选实验
• 2.4 培养条件对杜氏藻生长和脂类含量的影响
• 2.5 高脂杜氏藻的诱变筛选与分析
• 2.6 利用浓缩海水养殖杜氏藻
• 2.7 杜氏藻油脂转化为生物柴油的研究
• 2.8 杜氏藻热解制备生物油的研究
• 第三章 结果与分析
• 3.1 杜氏藻多株系的筛选
• 3.2 培养条件对杜氏藻生长和脂类含量的影响
• 3.3 高脂杜氏藻的诱变筛选与分析
• 3.4 利用海水养殖杜氏藻
• 3.5 利用杜氏藻油脂制备生物柴油
• 3.6 利用杜氏藻热解制备生物油
• 第四章 讨论
• 4.1 杜氏藻的脂类含量和组成
• 4.2 环境因子对杜氏藻生长的影响
• 4.3 低氮环境诱导杜氏藻脂类含量提高
• 4.4 高脂杜氏藻的诱变及其培养
• 4.5 利用海水养殖杜氏藻
• 4.6 利用杜氏藻热解制备生物质能源
• 第五章 小结与展望
• 5.1 小结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附图