微流体技术生物燃料开发与应用.doc

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1、微流体技术生物燃料开发与应用摘要：为了加快生物燃料产业的发展速度，提高生物燃料的产量和质量，微流体技术被引入到了生物燃料领域。文章聚焦于微流体技术在生物燃料领域的应用，重点介绍了微流体技术及装置在生物柴油和生物乙醇生产中的应用，讨论了影响生物燃料微流体反应器性能的相关因素，最后，提出了微流体技术在生物燃料领域的应用过程中所面临的问题并展望了其应用前景。关键词：微流体技术；生物燃料；生物柴油；生物乙醇；微流体反应器随着经济的迅速增长，传统化石燃料日益枯竭，温室效应逐渐加剧，生物燃料的重要性日益凸显。作为液体生物燃料，生物柴油和生物乙醇具有原料来源广泛、清洁可再生、生产规模不断扩大等特

2、点，在一定程度上能够满足目前紧迫的能源需求[1]。然而，两者生产过程中的一些消极因素限制了它们的进一步发展，如土地面积需求过大、生产成本过高、产品产率过低以及产品质量欠佳等[2]。这些消极因素的存在阻碍了生物燃料的规模化进程，为了尽早实现生物燃料的规模化和商业化，纳米技术、基因工程技术和微流体技术等不断被引入到生物燃料的研究和生产之中。其中，微流体技术在改善生物柴油和生物乙醇的产量和质量方面效果显著。微流体技术是基于微流控芯片在微观尺度下控制、操作和检测复杂流体的技术，它能在较小的试剂体积和较短的反应时间等条件下进行工作。微流控芯片的尺寸仅为十几平方厘米甚至几平方厘米，且其上通常会

3、内置有检测、分析及样品制备等诸如生物或化学实验室的各种功能，因此，其又被称为芯片实验室。作为一门新兴技术，其被广泛应用于化学、医药、生命科学等多个领域，由于其小型化、高精度、短周期和低能耗等独特的优点，其在生物燃料领域也表现出了巨大的潜力。微流体技术不仅能快速进行微藻等产油微生物的高通量筛选和培养条件的优化，还能通过增大生物柴油酯交换过程两相界面的接触面积而改善其转化率，另外，在生物燃料的生产过程中，将这种技术与相应的功能原件集成后，除了能够在线分析和监测产品质量，还能完成生产环境的实时控制从而提高产品质量。1微流体的特性7学海无涯微流体技术生物燃料开发与应用摘要：为了加快生物燃料

4、产业的发展速度，提高生物燃料的产量和质量，微流体技术被引入到了生物燃料领域。文章聚焦于微流体技术在生物燃料领域的应用，重点介绍了微流体技术及装置在生物柴油和生物乙醇生产中的应用，讨论了影响生物燃料微流体反应器性能的相关因素，最后，提出了微流体技术在生物燃料领域的应用过程中所面临的问题并展望了其应用前景。关键词：微流体技术；生物燃料；生物柴油；生物乙醇；微流体反应器随着经济的迅速增长，传统化石燃料日益枯竭，温室效应逐渐加剧，生物燃料的重要性日益凸显。作为液体生物燃料，生物柴油和生物乙醇具有原料来源广泛、清洁可再生、生产规模不断扩大等特点，在一定程度上能够满足目前紧迫的能源需求[1]。

5、然而，两者生产过程中的一些消极因素限制了它们的进一步发展，如土地面积需求过大、生产成本过高、产品产率过低以及产品质量欠佳等[2]。这些消极因素的存在阻碍了生物燃料的规模化进程，为了尽早实现生物燃料的规模化和商业化，纳米技术、基因工程技术和微流体技术等不断被引入到生物燃料的研究和生产之中。其中，微流体技术在改善生物柴油和生物乙醇的产量和质量方面效果显著。微流体技术是基于微流控芯片在微观尺度下控制、操作和检测复杂流体的技术，它能在较小的试剂体积和较短的反应时间等条件下进行工作。微流控芯片的尺寸仅为十几平方厘米甚至几平方厘米，且其上通常会内置有检测、分析及样品制备等诸如生物或化学实验室的

6、各种功能，因此，其又被称为芯片实验室。作为一门新兴技术，其被广泛应用于化学、医药、生命科学等多个领域，由于其小型化、高精度、短周期和低能耗等独特的优点，其在生物燃料领域也表现出了巨大的潜力。微流体技术不仅能快速进行微藻等产油微生物的高通量筛选和培养条件的优化，还能通过增大生物柴油酯交换过程两相界面的接触面积而改善其转化率，另外，在生物燃料的生产过程中，将这种技术与相应的功能原件集成后，除了能够在线分析和监测产品质量，还能完成生产环境的实时控制从而提高产品质量。1微流体的特性7学海无涯要想深入了解微流体技术在生物燃料领域的应用，首先需要了解微观尺度下的流体特性。微流体是一种借助亚毫米

7、至亚微米微通道产生的流体，这种微尺度下的流体学行为与宏观尺度下的流体学行为差异很大。在流体力学中，流体流动特性通常采用雷诺数（ReynoldsNumber，Re）进行表征。一般情况下，当Re4000时，流体则表现为湍流状态。层流流动时，不同流体系统的流体粒子彼此平行地分层流动，互不干扰与混杂；而湍流流动时，各流体系统的流体粒子间强烈的混合与掺杂，不仅有沿着主流方向的运动，还有垂直于主流方向的运动，两者的流动特征如图1所示。另外，佩克莱数（PecletNumber，Pe