磁性全細(xì)胞催化劑的制備及其催化餐飲廢油制備生物柴油的應(yīng)用研究.pdf

1、生物柴油作為一種清潔的可再生能源，越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。制備生物柴油最主要的障礙是原料油成本過高，而利用餐飲廢油作為原料制備生物柴油能夠極大地降低生產(chǎn)成本并減少環(huán)境污染。制備生物柴油的傳統(tǒng)方法主要有化學(xué)催化法和酶催化法，其中酶催化法以其反應(yīng)條件溫和、低污染及副產(chǎn)物甘油易分離等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的關(guān)注，但高成本及復(fù)雜的脂肪酶制備工藝，成為利用酶法生產(chǎn)生物柴油的主要障礙。直接利用微生物細(xì)胞作為催化劑制備生物柴油，能夠避免脂肪酶復(fù)雜的

2、分離純化過程，從而達(dá)到降低成本的目的。本研究開發(fā)了一種適用于餐飲廢油原料、成本低廉且易于回收的全細(xì)胞催化劑，并研發(fā)了及與之相關(guān)的連續(xù)化生物柴油生產(chǎn)工藝。主要研究內(nèi)容和獲得的結(jié)果如下：
　　1．從長期被油脂污染的土壤中篩選出了一株高產(chǎn)脂肪酶細(xì)菌CY-39。該菌具有很強(qiáng)的細(xì)胞催化活性，能直接作為全細(xì)胞催化劑催化餐飲廢油制備制備生物柴油，最高轉(zhuǎn)化率為71.4％。經(jīng)過形態(tài)觀察和16S rDNA同源性序列比對，初步鑒定為門多薩假單胞菌（Ps

3、eudomonas mendocina），并進(jìn)一步研究了其生長和酶學(xué)特性。
　　2．分別利用紫外、甲基磺酸乙酯及二者的復(fù)合誘變方法對菌株CY-39進(jìn)行誘變育種，在野生菌株CY-39的基礎(chǔ)上獲得了一株高催化性能及高遺傳穩(wěn)定性的突變菌株UE-7，該突變菌株催化餐飲廢油時，反應(yīng)完成后反應(yīng)物中甲酯濃度達(dá)到了76.8%。
　　3．分別以聚苯乙烯和殼聚糖結(jié)合超順磁性納米顆粒Fe3O4以包覆法固定化誘變菌株UE-7細(xì)胞制備成兩種超順磁性全

4、細(xì)胞催化劑。對這兩種全細(xì)胞催化劑進(jìn)行比較，超順磁性殼聚糖全細(xì)胞催化劑表現(xiàn)出較高的催化性能和穩(wěn)定性。利用X射線衍射、環(huán)境電鏡掃描和震動樣品磁強(qiáng)儀對催化劑進(jìn)行表征研究。
　　4．對超順磁性全細(xì)胞催化劑的種子培養(yǎng)條件（碳源、氮源）、轉(zhuǎn)酯化條件(溫度、pH、醇油比、催化劑量、含水量)及其它影響因素（金屬離子、表面活性劑）進(jìn)行了優(yōu)化。在最佳條件下，轉(zhuǎn)酯化得到反應(yīng)物中最高甲酯含量為82.6%，并且催化劑具有很強(qiáng)的再生性，經(jīng)過6個批次的反復(fù)轉(zhuǎn)酯

5、化和再生培養(yǎng)，能保持初始催化活性的92.4%。
　　5．針對磁性全細(xì)胞催化劑特性，設(shè)計出了適用于該催化劑的磁性流化床反應(yīng)系統(tǒng)，并通過參數(shù)優(yōu)化，確定了反應(yīng)器的最佳運(yùn)行條件：反應(yīng)物流速17.5ml/min；磁場強(qiáng)度110 Oe；醇油比4:1，分三步流加甲醇，每次流加量為1.33:1；反應(yīng)時間47h。以廢油脂為原料進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，甲酯濃度可達(dá)到83.4%，經(jīng)過8批次（376h）的反應(yīng)后，甲酯濃度仍能達(dá)到68.3%。最后研究了磁性催化