指導教授：劉懷勝臺灣大學：化學工程學研究所葉芸Yeh, YunYunYeh2014-11-252018-06-282014-11-252018-06-282014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/261191微藻是一種能行光合作用之單細胞植物，能快速生長同時累積大量油脂於細胞中，因此被認為是極具潛力的生質燃料來源。但由於微藻的收集、乾燥與油脂萃取不易，導致能量成本高，以至於目前微藻轉化之生質柴油仍難有商業價值。為使生產生質柴油更符合經濟與能源效益，設計適當微藻轉化為生質能源的程序乃是重要之課題。 本研究所使用小球藻(Chlorella sp. ESP-6)為原料，並以直接轉酯化反應將濕潤微藻中油脂轉化為生質柴油主要成分─脂肪酸甲酯，本研究將傳統製程上油脂萃取、純化與轉酯化三個單元合併成為二階段反應，先藉由鹼性甲醇溶液破碎微藻細胞、使細胞內油脂釋放到溶液中及加速轉酯化和皂化反應進行，再由酸性甲醇溶液將皂化反應產物轉化為脂肪酸甲酯。實驗結果顯示，二階段直接轉酯化反應所需反應程序時間為傳統製程的二十分之一，且容許進料含有相當的水量，使用濃縮藻液做為原料時的產率約為其他直接轉酯化的2 ~ 6倍。本研究分析反應中催化劑、溫度及甲醇與水的比例對系統的影響，並以二級不可逆反應良好地描述第一階段鹼性反應、以二級可逆反應描述第二階段酸性反應。Microalgae, a photosynthetic organism, has the ability of fast-growing and lipid accumulating, which makes it a highly potential source of biofuel. However, there are some current technical barriers, such as high energy and organic solvent consumption for harvest, drying and lipid extraction. To make the process of producing biofuel production from microalgae economically feasible, an innovative process was designed to convert lipid inside microalgae into biodiesel. In this study, Chlorella sp. ESP-6 was used as the source of triglyceride. Direct transesterification (DT) is a method directly converting lipids within algae into biodiesel, fatty acid methyl esters (FAME). In this study, our DT first disrupted the cell wall of microalgae, extracted lipids and converted them by saponification and transesterification with alkali-methanol solution, then converted the product of saponification into FAME by esterification with acid methanol. Result showed that the reaction time of DT is about 1/20 of the traditional drying-extraction- transesterification process with comparable yield. More importantly, this 2 stage DT was insensitive to the water content of the raw material (up to 90%), and the yield was 2 ~ 6 times of other DT methods when using wet microalgae. Meanwhile, the effects of parameters including catalyst concentration, temperature and ratio of methanol and water were evaluated. A second order irreversible and a second order reversible reaction kinetic model were proposed to describe DT satisfactorily.摘要 I Abstract II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 X 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 3 2-1 全球暖化與能源之利用 3 2-2 生質柴油 7 2-3 生質柴油原料 12 2-4 微藻 18 2-4.1 微藻作為生質柴油之原料 23 2-5 傳統生質柴油製成 27 2-5.1 轉酯化、酯化與皂化 28 2-5.2 反應機構 34 2-5.3 反應動力學 39 2-6 直接轉酯化 46 第三章 實驗設備與方法 50 3-1 實驗藻種與培養 50 3-1.1 培養裝置 52 3-1.2 培養基 54 3-2 乾藻粉末製備 56 3-3 微藻內油脂萃取 56 3-4 直接轉酯化反應 57 3-5 分析方法 60 3-5.1 微藻乾重及藻液密度 60 3-5.2 反應溶液中各成分之分析 60 3-5.3 脂肪酸組成分析 67 3-6 實驗藥品與儀器 70 3-6.1 實驗藥品 70 3-6.2 實驗儀器 71 第四章 實驗結果與討論 72 4-1 Chlorella sp. ESP-6脂肪酸組成與含油量 72 4-2 不同直接轉酯化反應與二階段直接轉酯化之比較 77 4-3 二階段直接轉酯化理論 81 4-4 第一階段反應 84 4-4.1 氫氧化鈉對系統的影響 89 4-4.2 溫度對系統的影響 94 4-4.3 甲醇與水的莫耳比對系統的影響 100 4-4.4 討論 105 4-5 第二階段反應 106 4-5.1 鹽酸濃度對第二階段反應的影響 111 4-5.2 溫度對第二階段反應的影響 117 4-5.3 甲醇與水之比例對第二階段反應的影響 123 4-5.4 討論 128 4-6 動力學模型 129 4-6.1 第一階段反應 129 4-6.2 第二階段反應 147 第五章 結論 168 參考文獻 171 化合物縮寫表 1837797129 bytesapplication/pdf論文使用權限：不同意授權微藻直接轉酯化生質柴油動力學thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/261191/1/ntu-103-R01524037-1.pdf