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    原位酯交換制備酵母菌生物柴油(BXM-30R使用)

    返回列表 來源:未知 發布日期:2019-12-11 09:34【

    0 前言 


    生物柴油是以油料物質( 大豆、油菜籽、動物油 脂、餐飲廢棄油脂) 或產油酵母菌、微藻等為原料, 與甲醇或乙醇通過酯化或酯交換反應制得的可替代 石化柴油的綠色清潔燃料,其具有無毒、可降解、含 硫量少、可再生性等優勢,是綠色新能源發展的重要 研究目標。酵母菌、微藻等微生物由于生長速度 快,體內油脂含量高,且不占用土地、糧食等資源,被 認為是理想的生物柴油生產原料。


    1 實驗部分


     1. 1 試劑與儀器


     試劑: 正己烷、甲醇,色譜級,上海阿拉丁; 氯化 鈉,分析純,遼寧泉瑞試劑有限公司; 氫氧化鉀,分析 純,國藥集團化學試劑有限公司。 儀器: 博迅BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌器,上海博 訊實業有限公司; BSD - YX3200 智能精密搖床,上 海博迅實業有限公司; AS3120B 超聲波清洗器,天津 奧特賽恩斯儀器有限公司; 7890B 氣相色譜儀,美國 Agilent 公司; M7 - 300EI 質譜儀,北京普析通用儀 器有限責任公司; H1650 離心機,湖南湘儀實驗室儀 器開發有限公司; N - EVAP111 氮吹儀,美國 Organomation。 


    1. 2 菌株及培養條件


     酵母菌 S288c 在 30 ℃,200 r/min 條件下,用液 體 YPD 培養基培養。首先,挑取單菌落到 20 mL YPD 液體培養基中活化培養 12 h,之后轉移 1 mL 菌液到 50 mL 液體 YPD 培養基中繼續培養 9 h。菌 液經 3 000 r/min 離心 5 min,得到菌體用去離子水 洗一次,然后放到干燥箱內烘干備用。 


    1. 3 生物柴油的制備


    稱取 50 mg 干酵母粉,加 2 mL 正己烷,再加入 800 μL 0. 2 mol /L 的 KOH /CH3OH 溶液,超聲 30 min 反應結束后,加入 5% NaCl 溶液 300 μL,渦旋 1 min 混勻,靜置 10 min,10 000 r/min 離心 5 min,取 上清液,用氮氣吹干,最后 100 μL 正己烷溶解,取上 清液 1 μL 進行 GC - MS 分析。 


    1. 4 GC - MS 檢測條件 


    色譜條件: 色譜柱為安捷倫 HP - 5 毛細管柱 ( 3 0 m × 0 . 3 2 mm × 0 . 2 5 μm ) ,進 樣 口 溫 度 2 6 0 ℃ ,分 流 比1 0 ∶ 1 。程 序 升 溫 設 置: 初 始 溫 度 150 ℃ ; 以 20 ℃ /min 升溫至 214 ℃,保持 5 min; 再 以 1 0 ℃ / min 升 溫 至 2 8 0 ℃ ,保 持 5 min ,載 氣 ( 99. 999 5% 高純氦氣) 流速 1. 2 mL /min。質譜條 件: 離子源溫度 230 ℃,傳輸線溫度 280 ℃,溶劑的 延遲時間 2 min,選擇離子掃描模式。


    2 結果與討論


     實驗以酵母菌為原料,KOH 為催化劑,甲醇為衍生試劑,通過原位酯交換制備生物柴油,氣相色 譜 - 質譜分析其成分主要為棕櫚酸甲酯、十六烯酸 甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯和肉豆蔻酸甲酯。單因 素實驗優化超聲時間、KOH 用量和甲醇用量。峰面 積和產量是正相關的,峰面積越大,產量越大,沒有 換算式,是直接相關的。


    2. 1 超聲時間的影響


     稱取 50 mg 干酵母粉,加入 400 μL 0. 05 mol /L 的 KOH - CH3OH 溶液,考察不同超聲時間( 5、10、 20、30、40 min) 對酯交換反應影響,結果如圖 1 所 示。可以看出,隨著反應時間增加,酯交換效率逐漸 增加,30 min 后得到酯總含量最大,之后酯量有所減 少。這可能是由于時間延長,酯交換反應越來越充 分,但時間過長,超聲使反應體系溫度升高,隨溶劑 揮發造成產物損失。


    2. 2 KOH 用量的影響


     實驗選用 KOH 為催化劑,稱取 50 mg 干酵母 粉,分別加入 0. 01、0. 05、0. 20、0. 60、1. 00 mol /L 的 KOH - CH3OH 溶液 400 μL,超聲反應 30 min,KOH 用量對生物柴油產量的影響如圖 2 所示。

    由圖 2 可看出隨 KOH 濃度增加,生物柴油產量 逐漸增加,在 0. 2 mol /L 時達到最大。之后,KOH 濃 度再增大,柴油產量呈下降趨勢。可推測催化劑 KOH 用量增加可以加快反應速率,增加柴油產量,但 KOH 過量后,其可能與產生的酯發生皂化反應, 使柴油產量下降。


    3 結論 


    采用原位酯交換法制備酵母菌生物柴油,單因 素優化實驗結果顯示最佳工藝條件: 50 mg 酵母干 粉,甲醇的用量為 800 μL,KOH 用量為 0. 2 mol /L, 超聲時間為 30 min。最佳條件下,平行處理 5 份樣 品中各脂肪酸甲酯相對標準偏差 < 11% 。生物柴油 成分 包 括 肉 豆 蔻 酸 甲 酯 ( 5% ) 、十 六 烯 酸 甲 酯 ( 24% ) 、棕櫚酸甲酯( 48% ) 、油酸甲酯( 13% ) 、硬脂 酸甲酯( 10% ) 。




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