基于能源微藻表面特性的采收实验研究

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随着全球经济化的发展,人们对能源的需求与日俱增,传统的化石燃料已经无法满足人类社会正常运行的需求,开发可持续利用的清洁的替代能源已经成为未来能源发展方向的主导。利用能源微藻制备生物柴油,在过去的几年中已经得到了各界的广泛关注,并且成为了一种新兴化的能源热点产业。目前,在利用微藻作为原料规模化地制备生物柴油的过程中,主要问题是成本过高,尤其是微藻的采收环节,约占整个成本的20%~30%。因此,采收环节是制约微藻制油规模化生产的关键一环。本文选取小球藻为实验对象,研究了微藻的疏水性,表面张力,表面能,接触角等表面特性,采用絮凝法和气浮法,通过单因素实验和正交实验,考察了影响微藻回收率的主要因素,研究结果表明:  (1)微藻表面特性的研究中,发现微藻疏水率是影响气浮采收效率的重要因素,在加入气浮药剂后,小球藻表面的疏水性得到了大幅度的提高。气浮药剂和絮凝药剂的加入都能够改善微藻的表面张力。通过表面能的计算得知小球藻是一种亲水型微藻,且在酸性条件下能垒小,碱性条件下能垒大。  (2)絮凝剂(硫酸铝(Al2(SO4)3),氯化铁(FeCl3),氢氧化钙(Ca(OH)2))均能够提高微藻的采收效果,其中以硫酸铝和氯化铁的效果最佳。  (3)阳离子型表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵(C16TAB)、十四烷基三甲基溴化铵(C14TAB))、阴离子型表面活性剂(鼠李糖脂(Rhamnolipid))和非离子型表面活性剂(茶皂素(Tea Saponin))均可以增加微藻表面的疏水性,其中以C16TAB和C14TAB的效果较好。  (4)正交实验优化了微藻采收条件。小球藻的最佳絮凝采收条件是硫酸铝浓度1.1g/L,pH为8,稀释倍数为4,此时回收率可达94.22%;最佳气浮采收条件是C16TAB浓度80mg/L,pH为9,空气流量为160L/h,回收率可达96.09%。  (5)气浮法和絮凝法中,藻溶液中的pH值都是影响采收效率的重要因素。实验结果表明:碱性条件下,效果更好。  (6)小球藻对两种表面活性剂C16TAB和茶皂素的动力学吸附符合准一级模型,表明物理吸附可能是吸附过程的主导。  (7)Freundlich方程能够较好的描述小球藻等温吸附C16TAB和茶皂素过程的热力学规律,吸附的构型应为多层吸附且吸附过程可以自发进行。结合热力学参数和小球藻红外表征可知,C16TAB对小球藻表面的吸附行为是一种以氢键为主导的特殊物理吸附过程,而茶皂素则主要是以物理吸附为主伴随少量的羧基和羟基的结合反应。
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