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利用光合作用强和产油能力高的微藻生物质转化制生物燃油是国际新能源领域的研究热点。为了解决微藻生物质转化制燃油过程中存在的脱水干燥能耗高、氯仿萃取剂毒性强、液体酸催化剂回收难、提油藻渣资源化利用等问题,本文针对湿藻生物质,首次提出采用磺化氧化石墨烯作为固体酸催化剂转化制生物柴油,解决了浓硫酸催化剂产生的腐蚀性废水难以分离和回收利用难题;采用批次亚临界水热对湿藻细胞进行无溶剂破壁萃取得到水解油脂,在避免使用剧毒氯仿萃取剂的前提下显著提高了其酯化制生物柴油效率;揭示了藻渣中蛋白质和碳水化合物在水热液化制生物粗油过程中发生美拉德反应的典型途径,解决了微藻油脂提取转化制生物柴油后的剩余藻渣能源化利用问题。主要成果如下:采用磺化氧化石墨烯(SGO)、氧化石墨烯(GO)、磺化石墨烯(SG)及磺化活性炭(SAC)作为固体酸催化剂转化湿藻油脂制生物柴油,解决了浓硫酸催化剂产生的腐蚀性废水难以分离和回收利用难题。氧化石墨烯衍生物表面富含的亲水性羟基能够将湿藻细胞均匀吸附在催化剂表面,而磺酸基作为酸性中心与氯仿萃取出的湿藻油脂接触进行催化酯交换反应。1 g湿藻中加入5 wt.%固体酸催化剂,再加入4 m L甲醇和3 m L氯仿,微波加热控温90℃反应40 min后,获得最高的生物柴油转化率。四种固体酸催化剂中,SGO催化湿藻油脂制生物柴油的转化率最高,而SAC几乎不能催化湿藻油脂获得生物柴油。尽管SGO所含的磺酸基-SO3H(0.44 mmol/g)明显低于SG(1.69 mmol/g),但是SGO表面携带了大量亲水性羟基,更容易吸附湿藻细胞,从而使氯仿萃取出的微藻油脂更容易与SGO表面的酸性中心接触进行催化酯交换,故其催化湿藻油脂制生物柴油的转化率(84.6%)远高于SG(48.6%)。由于SGO所含的-SO3H基团含量高于GO(0.38 mmol/g),故在亲水性羟基含量相近的前提下,SGO的转化率高于GO(73.1%)。采用批次亚临界水热(245℃)对湿藻细胞进行无溶剂破壁萃取得到水解油脂,在避免使用剧毒氯仿萃取剂的前提下显著提高了其酯化制生物柴油转化效率。利用亚临界水热245℃对含固率为5%的微拟球藻预处理10 min,在不破坏微藻细胞内高价值的长链不饱和脂肪酸EPA前提下得到热值达33.83 MJ/kg的水解油脂,其碳和氢含量分别高达69.63%和9.39%,而氮含量最低仅为3.56%。该245℃时得到的水解油脂在常规加热100℃时酯化反应制生物柴油的转化效率由69.9%(260℃水解油脂)提高到95.0%(相比于传统萃油-酯化两步法制油),得到生物柴油的主要成分为C16:0=22.7%、C16:1=24.1%和C20:5=16.2%,远高于260℃水解油脂中C20:5含量6.1%。为了解决微藻油脂提取转化制生物柴油后的剩余藻渣能源化利用问题,揭示了藻渣中蛋白质和碳水化合物在水热液化(320℃)制生物粗油过程中发生美拉德反应的典型途径:亮氨酸脱氨反应得到的氨与葡萄糖降解的环状氧合物发生聚合,同时亮氨酸脱羧反应的胺基化合物与有机酸发生聚合反应,生成吡嗪衍生物。生物粗油和水相产物的主要成分为氮氧杂环化合物、小分子有机酸、醛酮/亚胺/酰胺等。当亮氨酸与葡萄糖重量比2:5、水热液化温度320oC和时间60min、原料含固率20%时,得到生物粗油(高位热值达38.07 MJ/kg)的转化率高达47.6 wt.%,其中吡嗪衍生物含量为84.2%。采用微藻与餐厨垃圾配比促进油脂转化制生物柴油以及残渣水热液化制生物粗油,由于微藻细胞质能降低甲醇与餐厨油脂的极性差异促进了酯交换制生物柴油(高位热值41.0 MJ/kg,转化率提高了13.3%达到23.2%),而微藻与餐厨垃圾调控碳氮比(C:N=6:2)促进了残渣水热液化制生物粗油(高位热值35.1 MJ/kg,转化率提高了13.0%达到16.6%)。