酯交换反应在制备生物柴油上的应用.pdfVIP

酯交换反应在制备生物柴油上的应用 , 中南大学生物科学与技术学院生物化学系, 长沙 410078 [] 生物柴油因其环境友好且可再生作为矿物柴油的替代燃料而备受关注, 生物柴油主要通过均相酸 碱催化、脂肪酶催化、超临界法和固体酸碱催化的酯交换反应制备得到, 但各种制备方法各有优劣, 均相酸碱 催化法反应迅速, 转化率高但存在后续处理复杂, 污染严重等问题; 脂肪酶催化法反应条件温和, 对原料中的 水和游离脂肪酸不敏感, 不需要过量的甲醇参与反应, 后续处理工序简单, 但酶的成本过高, 这是制约其商业 化发展的最大阻碍;超临界法是制备生物柴油的新技术, 反应迅速, 不需要催化剂, 油脂转化率非常高, 但其 反应需要高温高压且能耗很大; 固体酸碱催化剂腐蚀性小可以重复使用, 后续分离工序简单, 对环境的冲击 较弱。其中负载型固体碱催化剂催化油脂酯交换反应将成为制备生物柴油的一个主要发展方向。 [] 生物柴油;酯交换反应; 均相酸碱; 固体酸碱; 脂肪酶;超临界法 [] TK6; TQ645. 8 [] A [ ] 1009- 1742 2010 01- 0024- 06 的磨损也更少; 生物柴油的环境优势更加明显, 不会 1 向大气中排放多余的 CO , 进而加剧温室效应, 它具 2 目前, 人类面临着十分严峻的能源危机, 美国能 有更高的氧含量, 减少了颗粒物、氧化硫、一氧化碳 [ 1, 3] 源信息署指出世界能源消耗 2030年将比2005年的 和烟尘的排放 。 水平增加 50 % [ 1] 。大量化石燃料燃烧排放的废气 早在 100多年前, 就有人尝试将植物油直接用 所引起的环境问题, 如温室效应等已经成为全球性 于内燃机, 但植物油的高黏度和低挥发性, 会导致在 的环境难题。因此大力开发可再生能源已成为能源 贮存和燃烧过程中发生氧化和聚合产生发动机内沉 工程领域的重要课题之一。近年来, 太阳能、风能、 积多、喷油嘴结焦、活塞环卡以及排放性能不理想等 [4] 核能、生物质能发展迅速。生物柴油, 作为生物质能 一系列问题 。为了克服这些缺点, 科学家们开发 的一种, 因其与矿物柴油的物化性质的相似, 又比矿 出一系列的技术工艺来改变植物油的理化性能, 来 物柴油具有更多的优越性, 可作为矿物柴油的替代 适应内燃机的需要。其中微乳法虽然降低了植物油 燃料而备受关注。 的黏度, 但燃烧中积炭及润滑油污染等问题仍难解 美国测试与材料协会 Am erican S ciety f r Tes2 决; 热裂解法产品黏度低十六烷值高, 但产品的灰 ting andM aterials, ASTM 将生物柴油定义为从可再 度、碳含量等都不能达到标准; 而酯交换反应过程简 [5] 生的油脂 如动植物油脂 中得到的长链脂肪酸单 单, 操作容易 , 所得的产品符合各项标准, 是制备 [ 2] 烷基酯, 可以在一般的柴油机上使用 。 生物柴油的理想方法。 作为矿物柴油替代性燃料, 生物柴油有许多的 2 优点: 生物柴油与矿物柴油相比, 具有更高的十六烷 值和闪点, 燃烧性能更优且使用更加安全, 对发动机 酯交换反应是动植物油脂在催化剂存在或超临 [] 2009- 09- 30 [] 湖南省科技计划资助项目 2008SK4057 [] 宋元达 1964 - , 男, 江苏南通市人, 中南大学生物科学与技术学院教授, 博 , 主要从事脂代谢和生物质能的研究工作; E- mail: yuanda_s ng@ h tma i.l c m 中国工程科学 24 界条件下, 与低链醇类发生醇解反应生成脂肪酸单 游离脂肪酸的含量, 即在硫酸催化剂的存在下与甲 酯的反应过程。酯交换反应过程很多因素影响到生 醇进行酯化反应, 使用甘油作为一种带水剂来提纯 物柴油的生产工艺和生物柴油的质量, 如原料脂肪 精炼油。 酸的组成、脂肪酸的含量、催化剂的种类和用量、低 研究人员对酸催化工艺的研究十分有限, 以酸 链醇的类别和用量、原料中水含量、反应温度、反应 催化制备生物柴油, 游离脂肪酸会在该条件下发生 时间、搅拌等。酯交换反应由于催化剂选择的不同 酯化反应, 酯化反应速率要远高于酯交换反应速率。 主要有均相酸碱催化法、超临界法、脂肪酶催化法和 酸催化系统特别适用于油料中游离脂肪酸含量较大 非均相酸碱催化法。 情况, 尤其是餐饮业废油等。尽管酸催化工艺的反 2. 1 应速率很慢, 但其摆脱了原料中游离脂肪酸的限制, 均相催化主要有酸催化和碱催化, 常用的酸碱 可以省掉预处理的过程, 这时酸催化工艺的优势会 [2] 催化剂有 H SO , HC l和 N aOH, KOH, CH ONa, 比较明显。Zha