一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法与流程

本发明涉及生物质燃料生产制备和绿色环保
技术领域：
，具体涉及到一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法。
背景技术：
：生物能源作为一种来源广泛的可再生能源，其生产利用不仅有助于缓解地球化石燃料日益枯竭所带来的危害与影响，还可以减少主要温室气体co2和氮氧化物、硫氧化物气体的排放，净化空气。近几年来，生物能源技术被广泛利用，其中微藻可作为生物燃料的重要来源。在众多生物燃料中，微藻可以在相对较低的温度下进行共水热液化(co-htl)获得生物油。虽然利用微藻产生的生物油是一种优良的可再生新能源，但其内含有大量蛋白质和脂质，产生的含氮化合物和含硫化合物含量高，得到的生物油品质不高，且对环境具有一定的污染。利用塑料垃圾转化为生物油，其生物油的质量较高，但是需要在非常高的温度才能进行，耗能较高且得到的生物油产量很低。技术实现要素：本发明的目的是提供一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法，可以解决废弃口罩的污染问题，同时在相对较低的温度下提高生物油的质量和产量。为达上述目的，本发明提供了一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法，包括以下步骤：将废弃口罩破碎后与微藻生物混合，并进行共水热液化反应，将反应产物进行固液分离后，对混合液相进行离心处理，即可制得生物油；其中，共水热液化反应的具体过程为：将废弃口罩与微藻生物的混合物与有机溶剂按质量与体积比为1-2g:9ml混合后，投入反应釜中，于反应温度为280-320℃，压力为3.0-5.0mpa，搅拌速度为450-550rpm的条件下反应30-60min；其中有机溶剂为体积分数为50％的乙醇溶剂。。采用上述方案的有益效果是：微藻可以进行光合作用，固定大气中的c元素，微藻利用自身物质合成油脂，从而可以利用微藻进行产油，另外废弃口罩当中也含有少量的c，在进行htl反应的时候，在高温条件300℃作用，依然可以产油。同时，由于微藻生物中含有大量的氮硫元素，在生产生物油的过程中会产生大量的硫氮化合物污染空气，而废弃口罩利用废弃口罩和微藻生物质两者协同作用，大大改善生物油的质量并有效提高生物油产量，同时降低口罩对环境的污染。通过共水热液化反应可以在短时间内高压环境下将浓缩的藻类原液转化为生物原油，其中加入的废弃口罩可以增加碳氧含量以及减少氮硫含量，使制得的生物原油中质量更好，硫氮化合物的污染更少。进一步地，废弃口罩破碎的程度为1-4mm，微藻生物为钝顶螺旋藻。采用上述方案的有益效果是：钝顶螺旋藻可以将生活环境中的碳酸和太阳能转化为糖类和其他营养物质来养活自己，其生长和分裂增殖的速度快于很多进行光合作用的生物，因此在制备生物燃料等方面具有更好的质量和效率。进一步地，废弃口罩与微藻生物的混合质量比为3:1-9。进一步地，废弃口罩与微藻生物的混合质量比为1:3。进一步地，还包括：将微藻菌种装于含废水的光催化反应器中进行扩大培养，然后于指数生长阶段结束后，将微藻收获并干燥后再与破碎后的废弃口罩混合。采用上述方案的有益效果是：此时的微藻生物处于最好的生长周期，其生存能力以及细胞活性等处于最好的状态，繁殖快，适应能力强，此时的微藻用于制备生物油效果更好。进一步地，共水热液化反应的具体过程为：将废弃口罩与微藻生物的混合物与有机溶剂按质量与体积比为1g:9ml混合后，投入反应釜中，于反应温度为300℃，压力为4.0mpa，搅拌速度为500rpm的条件下反应45min；其中有机溶剂为体积分数为50％的乙醇溶剂。进一步地，固液分离的具体过程为使用孔径为0.4-0.5μm的滤膜进行固液分离，分离得到的固体产物为生物炭。进一步地，离心处理的具体过程为：将固液分离产生的混合液相于有机溶剂中，离心力为200×g的条件下离心1-3min，得到两层液相并分离，将分离后的下层液相于55-65℃条件下蒸发20-24h，制得生物油。采用上述方案的有益效果是：固液分离产生的混合液相为溶剂二氯甲烷、水与溶质生物油的混合相，通过离心可以将水与二氯甲烷-生物油的相分离开来，再对二氯甲烷-生物油相进行蒸发，可以通过沸点不同，将二氯甲烷蒸出，制得纯度较高的生物油。进一步地，离心过程中的有机溶剂为二氯甲烷。采用上述方案的有益效果是：二氯甲烷的沸点较低，可以在烘箱中较低温度下蒸发，制得生物油，并且不会对生物油的质量产生破坏。综上所述，本发明具有以下优点：1、本发明能有效解决口罩四处丢弃，无法降解的环境污染问题，降低了其对于环境和人民的危害，可以用于集中处理一次性口罩，具有环保效应；2、在进行co-htl反应时，混合的口罩和微藻生物质两者之间的相互协同作用，与单独使用微藻作为原料相比其生物油质量得到了改善，与单独使用可回收废弃口罩相比其生物油产量得到提升；3、本发明中，微藻中含有大量蛋白质和脂类，其肽键以及少量的二硫键使得微藻中n、s元素在进行热解时产生的含氮化合物和含硫化合物会污染环境；口罩中不含n、s元素，但其热解时需要的温度高且耗时长，当二者以一定比例进行混合，其产生的含氮化合物和含硫化合物含量明显降低，减少了环境污染问题，另外，也减少了能源的浪费。附图说明图1为本发明的流程示意图；图2为通过实施例1-3以及对比例1-2制备得到的各种产物的含量；其中，a、生物油；b、生物炭；c、水溶性化合物和气体；图3为通过实施例1-3以及对比例1-2制备得到的生物油中各种化合物的含量；其中，a、羧酸/羧酸酯；b、烷烃/烯烃；c、酚类化合物；d、芳香族碳氢化合物；e、含氮化合物；f、含氧化合物；g、其他物质。具体实施方式以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法，包括以下步骤：(1)将钝顶螺旋藻培养在装有废水的光催化反应器中，在指数生长阶段结束后干燥保存，再选择称取1.5g干燥的钝顶螺旋藻和0.5g废弃口罩颗粒至打碎机打碎并混合均匀，其中废弃口罩颗粒的粒径为0.4mm；(2)将步骤(1)混合的产物与水混合后，再加入体积分数为50％的乙醇溶液18ml，共同置于微型磁力搅拌高压加氢反应釜中，于温度为300℃，转速为500rpm，压力为3.5mpa的条件下搅拌反应45min，冷却至室温；(3)将反应釜中的产物取出，使用0.45μm的过滤膜进行固液分离，分离得到的固体烘干后制得生物炭，分离后的液相为混合溶液；(4)将混合溶液与二氯甲烷混合，放入离心机中，在离心力为200×g的条件下离心2min，离心后得到上层的水分以及下层的生物油和二氯甲烷混合相，将下层溶液分离，于温度为60℃的烘箱中蒸发24h，得到生物油。称取实施例1制得的生物油的质量，并按照以下公式计算其产率。生物油产率(yoil,％)＝(m1/m0)×100；生物炭产率(ychar,％)＝(m2/m0)×100；气体产率(wsg)(％)＝100-(yoil ychar)；其中，m0为生物质的总质量，m1为生物油的质量，m2为生物炭的质量，结果如图2，生物油的产率为21.99％。实施例2本实施例提供了一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法，包括以下步骤：(1)将钝顶螺旋藻培养在装有废水的光催化反应器中，在指数生长阶段结束后干燥保存，再选择称取1g干燥的钝顶螺旋藻和1g废弃口罩颗粒至打碎机打碎并混合均匀，其中废弃口罩颗粒的粒径为0.4mm；(2)将步骤(1)混合的产物与水混合后，再加入体积分数为50％的乙醇溶液18ml，共同置于微型磁力搅拌高压加氢反应釜中，于温度为300℃，转速为500rpm，压力为3.5mpa的条件下搅拌反应45min，冷却至室温；(3)将反应釜中的产物取出，使用0.45μm的过滤膜进行固液分离，分离得到的固体烘干后制得生物炭，分离后的液相为混合溶液；(4)将混合溶液与二氯甲烷混合，放入离心机中，在离心力为200×g的条件下离心2min，离心后得到上层的水分以及下层的生物油和二氯甲烷混合相，将下层溶液分离，于温度为60℃的烘箱中蒸发24h，得到生物油。称取实施例2制得的生物油的质量，并根据实施例1的公式计算其产率，结果如图2所示，生物油的产率为17.84％。实施例3本实施例提供了一种利用微藻处理废弃口罩制备生物油的方法，包括以下步骤：(1)将钝顶螺旋藻培养在装有废水的光催化反应器中，在指数生长阶段结束后干燥保存，再选择称取0.5g干燥的钝顶螺旋藻和1.5g废弃口罩颗粒至打碎机打碎并混合均匀，其中废弃口罩颗粒的粒径为0.4mm；(2)将步骤(1)混合的产物与水混合后，再加入体积分数为50％的乙醇溶液18ml，共同置于微型磁力搅拌高压加氢反应釜中，于温度为300℃，转速为500rpm，压力为3.5mpa的条件下搅拌反应45min，冷却至室温；(3)将反应釜中的产物取出，使用0.45μm的过滤膜进行固液分离，分离得到的固体烘干后制得生物炭，分离后的液相为混合溶液；(4)将混合溶液与二氯甲烷混合，放入离心机中，在离心力为200×g的条件下离心2min，离心后得到上层的水分以及下层的生物油和二氯甲烷混合相，将下层溶液分离，于温度为60℃的烘箱中蒸发24h，得到生物油。称取实施例3制得的生物油的质量，并根据实施例1的公式计算其产率。结果如图2所示，生物油的产率为10.12％。对比例1本实施例提供了一种利用微藻制备生物油的方法，包括以下步骤：(1)将钝顶螺旋藻培养在装有废水的光催化反应器中，在指数生长阶段结束后干燥保存，再选择称取2.0g干燥的钝顶螺旋藻至打碎机打碎并混合均匀；(2)将步骤(1)所得物与水混合后，再加入体积分数为50％的乙醇溶液18ml，共同置于微型磁力搅拌高压加氢反应釜中，于温度为300℃，转速为500rpm，压力为3.5mpa的条件下搅拌反应45min，冷却至室温；(3)将反应釜中的产物取出，使用0.45μm的过滤膜进行固液分离，分离得到的固体烘干后制得生物炭，分离后的液相为混合溶液；(4)将混合溶液与二氯甲烷混合，放入离心机中，在离心力为200×g的条件下离心2min，离心后得到上层的水分以及下层的生物油和二氯甲烷混合相，将下层溶液分离，于温度为60℃的烘箱中蒸发24h，得到生物油，产率为24.12％。对比例2本实施例提供了一种利用废弃口罩制备生物油的方法，包括以下步骤：(1)选择称取2.0g废弃口罩至打碎机打碎并混合均匀；(2)将步骤(1)所得物与水混合后，再加入体积分数为50％的乙醇溶液18ml，共同置于微型磁力搅拌高压加氢反应釜中，于温度为300℃，转速为500rpm，压力为3.5mpa的条件下搅拌反应45min，冷却至室温；(3)将反应釜中的产物取出，使用0.45μm的过滤膜进行固液分离，分离得到的固体烘干后制得生物炭，分离后的液相为混合溶液；(4)将混合溶液与二氯甲烷混合，放入离心机中，在离心力为200×g的条件下离心2min，离心后得到上层的水分以及下层的生物油和二氯甲烷混合相，将下层溶液分离，于温度为60℃的烘箱中蒸发24h，得到生物油，产率为17.46％。将对比例1和对比例2所得生物油及生物炭按照实施例1-3所述公式计算，结果如图2所示。对实施例1-3以及对比例1-2中的打碎机打碎后的混合物进行元素分析，其分析结果如表1所示。表1不同混合比例的混合物中元素含量分析表具体实施方式氮(％)碳(％)氢(％)硫(％)氧(％)对比例19.1342.195.880.7228.49实施例13.1670.7111.450.3428.04实施例21.9175.5312.180.1317.05实施例30.3782.7512.1301.53对比例2083.8413.7700.64由表1可知，对比例1以及实施例1两者的氮硫含量较高，通过共水热液化反应会产生较多的nox和sox，排放进空气会对人体以及动植物生物体产生危害。因此在混合生产生物油的过程中，微藻生物所占比例不宜过高。对比例2可知，其不含有微藻生物，同时其破碎物中不含有氮硫元素，而含有较高含量的碳元素，因此其生物油产量较低。由图2可知，当微藻生物在混合物中所占比例越来越高时，其生物油产率越高，同时由图3可知，当仅含有微藻生物时，其含氮化合物的含量最高，严重影响环境和生物油的质量，并且其羧酸/羧酸酯的含量也保持在普通浓度，此时的微藻生物和废弃口罩的比例就是不可选的；原料中只含有口罩时，生物油产量很低，但是生物油的质量却相比只有微藻生物质时的质量的更高。因此本发明将不同比例的口罩和微藻生物质进行共水热液化，口罩和微藻生物质两者之间能够发生协同作用，使得生物油的质量较只有微藻生物质条件下更好。另外从图2得知，当微藻生物质与口罩质量比为3：1时，综合各方面是较优的。因此本申请选择微藻生物与废弃口罩质量比为3:1的比例来制备生物油，可以减少温室气体的产生，同时提高生物油的产量和质量。虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。当前第1页12