Versuchsprotokoll für die Biodieselproduktion mit Isolierung von Alkenone als Co-Produkte von der Commercial Isochrysis Algenbiomasse

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, Biodiesel aus kommerziell erhältlicher Isochyrsis Algal herzustellen und gleichzeitig die Co-Isolierung von langkettigen Alkenonen als wertvolles Nebenprodukt zu ermöglichen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der erneuerbaren Energien zu beantworten. Wie zum Beispiel unsere Algen-Biokraftstoffe, praktikable Alternativen zu erdölbasierten Kraftstoffen.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die von uns verwendeten Algen bereits industriell angebaut werden und in Mengen von mehreren Kilogramm von mehreren kommerziellen Anbietern bezogen werden können. Darüber hinaus synthetisieren diese speziellen Algenbiosynthesen eine einzigartige Süßigkeit von Lipiden, die als langkettige Alkenone bekannt sind und als Nebenprodukt isoliert werden können. Das Verfahren wird von John Williams, einem Doktoranden in meinem Labor, demonstriert.

Um die im Handel erhältliche nasse Isochrysepaste herzustellen, schneidet man ein kleines Loch in eine Ein-Kilogramm-Packung und drückt etwa 300 Gramm auf eine 150 mal 75 Millimeter große Kristallisationsschale. Die Paste besteht zu ca. 80 % aus Wasser, dunkelgrün, fast schwarz und hat einen stechenden Geruch. Trocknen Sie die Paste an der Luft, um eine etwa 20 Millimeter dicke Schicht zu erhalten.

Kratzen Sie die trockene Biomasse in einen Zelluloseextraktionskauschen mit bekannter Masse. Notieren Sie dann das Gewicht der Isochryse-Biomasse. Etwa 50 bis 60 Gramm trockene Isochryse werden in ein Soxhlet-Extraktionsgerät überführt.

Füllen Sie dann den Soxhlet-Kolben mit 400 Millilitern Hexanen. Schalten Sie den Kondensator, das Wasser und die Wärmequelle ein und lassen Sie das Soxhlet ein bis zwei Tage lang laufen. Wenn die Farbe des Lösungsmittels von dunkelgrün zu einem schwachen Gelb geworden ist, ist die Extraktion abgeschlossen.

Kühlen Sie es auf Raumtemperatur ab und verwenden Sie einen Rotationsverdampfer, um die Hexane zu entfernen. Zum Schluss das Hexan-Algenöl abwiegen. Beginnen Sie damit, das Hexanalgenöl in seinem Kolben mit 10 Volumen von zwei bis einem Methanoldichlormethan aufzulösen.

Fügen Sie dann einen Rührstab und zweieinhalb Teile des Wassers im Vergleich zum Ölvolumen hinzu und fügen Sie eine Masse Kaliumhydroxid hinzu, die die Hälfte des Gewichts des Öls ausmacht. Befestigen Sie nun den Kolben an einem 500 Millimeter langen Rückflusskondensator. Die Mischung unter Rühren drei Stunden lang in einem Abzug auf 60 Grad Celsius erhitzen.

Nach dem Abkühlen der Reaktion werden die organischen Lösungsmittel auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Dann die restliche wässrige Mischung in einen Ein-Liter-Scheidetrichter geben und das gleiche Volumen an Hexanen hinzufügen. Spülen Sie den Kolben mit den Hexanen, um sicherzustellen, dass das gesamte Material in den Trichter gelangt.

Schütteln Sie den Trichter und lassen Sie die Schichten sich trennen. Lassen Sie anschließend die untere wässrige Schicht in einen Kolben ab und ziehen Sie die obere organische Fläche in einen zweiten Kolben ab. Behalten Sie beide Schichten.

Wiederholen Sie die Hexanextraktion, bis die organische Schicht eine schwache gelbgrüne Farbe hat. Kombinieren Sie dann die gesammelten organischen Extrakte und kondensieren Sie sie auf einem Rotationsverdampfer, um die neutralen Lipide zu isolieren. Diese Lipide erscheinen als grünlicher Feststoff und haben einen Schmelzpunkt zwischen 60 und 70 Grad Celsius.

Als nächstes säuern Sie die wässrige Phase mit sechsmoliger Salzsäure auf einen pH-Wert von zwei an. Anschließend werden die freien Fettsäuren wie bisher mit Hexanen und einem Scheidetrichter aus der angesäuerten wässrigen Phase extrahiert. Zum Schluss entfernen Sie die Hexane aus den kombinierten organischen Extrakten auf einem Rotationsverdampfer, um gereinigte freie Fettsäuren zu erhalten.

Ein dunkelgrüner, fast schwarzer öliger Rückstand, der knapp über 30 Grad Celsius schmilzt. Die Fettsäuren werden mit sechs Volumenkörpern Methanol-Cholorform aufgelöst und dann die Lösung mit einem Rührstab in einen dicken, gewellten Hochdruck-Reaktionskolben gegossen, um sicherzustellen, dass alle Fettsäuren in den Reaktionskolben übergehen. Fügen Sie anschließend unter einem Abzug konenctierte Schwefelsäure hinzu.

Verschließen Sie den Kolben und erhitzen Sie die Mischung unter Rühren eine Stunde lang auf 90 Grad Celsius. Nachdem Sie die Reaktion auf Raumtemperatur abgekühlt haben, gießen Sie sie in einen Scheidetrichter und fügen Sie zwei Volumen Wasser hinzu. Schütteln Sie nun den Scheidetrichter, lassen Sie die Flächen trennen und lassen Sie die untere Schicht in einen vorgewogenen Rundkolben abtropfen.

Konzentrieren Sie dann die Lösung auf einen Rotationsverdampfer und erfassen Sie die Masse des resultierenden Biodiesels. Die Substanz kann nun mit Hilfe von Gaschromatagraphen analysiert werden. Neutrale Lipide können vom runden Boden abgekratzt, gewogen und zur Reinigung in einen Kolben überführt werden. Beginnen Sie damit, die neutralen Lipide in einer minimalen Menge Dichlormethan aufzulösen.

Dann leiten Sie die Lösung auf eine Chromotagraphie-Säule mit 100 Gramm Kieselgel. Als nächstes verdünnen Sie die Lösung mit leichtem Druck durch die Kieselsäure mit etwa 150 Millilitern Dichlormethan. Eine kleine Schicht Sand wird auf die Oberseite der Säule aufgetragen, um zu verhindern, dass die Kieselsäure beim Befüllen mit Lösungsmittel gestört wird.

Den Yelia-Wein in einem 250-Milliliter-Rundkolben auffangen. Anschließend wird das Dichlormethan mit einem Rotationsverdampfer entfernt. Das Ergebnis sollte ein orangefarbener Festkörper sein.

Die Feststoffe in siedenden Hexanen wieder kryalisieren. Fügen Sie zuerst zunächst 100 Milliliter hinzu und fügen Sie dann kochende Hexane hinzu, bis die Lösung homogen ist. Kühlen Sie nun die Lösung langsam auf Raumtemperatur ab, um die Kristallisation zu fördern, und sammeln Sie die kristallisierten Alkenone mit einer Filtervorrichtung.

Verwenden Sie eine kleine Menge eiskalter Hexane, um den Kolben zu spülen. Vor der Verarbeitung wurde die Isochrysispaste zunächst getrocknet, um ein schwarzes, grünes, schuppiges Material mit einem algenähnlichen Geruch zu erhalten. Im Gegensatz dazu handelte es sich bei der pulverisierten Isochryse um ein gelbbraunes, fein gemahlenes Trockenpulver, das ohne zusätzliche Verarbeitung verwendet wurde.

Die Extraktion aus beiden Materialien durch Soxhlet mit Hexanen ergab Algenöle mit Ausbeuten, die aus der Paste wesentlich höher waren als aus dem Pulver. Acylglycerole im Algenöl wurden in wasserlösliches Carboxylat umgewandelt, aus dem neutrale Lipide und freie Fettsäuren in einem nahezu quantitativen Volumen aus beiden Ausgangsstoffen extrahiert wurden. Das Verhältnis der Produkte war jedoch ein anderes.

Bei der Veresterung entstanden Fettsäuremethylester. Auch bekannt als Biodiesel, eine dunkelgrüne, fast schwarze ölige Flüssigkeit. Die Ausbeute überstieg 90%Das Produkt wurde wie im Textprotokoll beschrieben entfärbt.

FAME-Analyse der gereinigten Biodieselkraftstoffe zeigte ähnliche, aber nicht identische Profile der beiden Ausgangsstoffe. Durch Filtern der gelösten neutralen Lipide durch Kieselsäure mittels DCM entsteht ein rötlich-orangefarbener Feststoff, der mit Hexanen und analytisch reinen Alkenonen rekristallisiert wurde. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die im Handel erhältliche Isochyrsis zu Biodiesel verarbeitet, wobei reine Alkenone als Nebenprodukt

Einmal gemeistert, kann diese Technik konsistent signifikante Mengen an Algenbiodiesel und Alkenonen für weitere Studien erzeugen. Mit ihrer Entwicklung hat diese Technik den Weg geebnet, die Kraftstoffeigenschaften von Algenbiodiesel kritisch zu untersuchen, indem wir ausreichende Mengen zur Verfügung stellen, mit denen die verschiedenen Kraftstofftests durchgeführt werden können, anstatt uns auf Vorhersagen oder Simulationen zu verlassen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit starken Säuren oder Basen und das Erhitzen des Inhalts in einem verschlossenen Gefäß äußerst gefährlich sein kann.

Achten Sie darauf, geeignete persönliche Schutzausrüstung zu tragen und in einem Abzug zu arbeiten, während Sie diese Schritte ausführen.