酯交换反应在制备生物柴油上的应用

[收稿日期] 2009-09-30

[基金项目] 湖南省科技计划资助项目(2008S K4057)

[作者简介] 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,博士,主要从事脂代谢和生物质能的研究工作;

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酯交换反应在制备生物柴油上的应用

张怀渊,宋元达

(中南大学生物科学与技术学院生物化学系,长沙410078)

[摘要] 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。[关键词] 生物柴油;酯交换反应;均相酸碱;固体酸碱;脂肪酶;超临界法

[中图分类号] T K6;TQ645.8 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2010)01-0024-06

1 前言

目前,人类面临着十分严峻的能源危机,美国能源信息署指出世界能源消耗2030年将比2005年的

水平增加50%[1]

。大量化石燃料燃烧排放的废气所引起的环境问题,如温室效应等已经成为全球性的环境难题。因此大力开发可再生能源已成为能源工程领域的重要课题之一。近年来,太阳能、风能、核能、生物质能发展迅速。生物柴油,作为生物质能的一种,因其与矿物柴油的物化性质的相似,又比矿物柴油具有更多的优越性,可作为矿物柴油的替代燃料而备受关注。

美国测试与材料协会(A m erican Soc iety f or Tes 2ti n g and M aterials ,AS T M)将生物柴油定义为从可再生的油脂(如动植物油脂)中得到的长链脂肪酸单

烷基酯,可以在一般的柴油机上使用[2]

作为矿物柴油替代性燃料,生物柴油有许多的优点: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

的磨损也更少;生物柴油的环境优势更加明显,不会向大气中排放多余的CO 2,进而加剧温室效应,它具有更高的氧含量,减少了颗粒物、氧化硫、一氧化碳和烟尘的排放[1,3]

早在100多年前,就有人尝试将植物油直接用于内燃机,但植物油的高黏度和低挥发性,会导致在贮存和燃烧过程中发生氧化和聚合产生发动机内沉积多、喷油嘴结焦、活塞环卡以及排放性能不理想等一系列问题[4]

。为了克服这些缺点,科学家们开发出一系列的技术工艺来改变植物油的理化性能,来适应内燃机的需要。其中微乳法虽然降低了植物油的黏度,但燃烧中积炭及润滑油污染等问题仍难解决;热裂解法产品黏度低十六烷值高,但产品的灰度、碳含量等都不能达到标准;而酯交换反应过程简

单,操作容易[5]

,所得的产品符合各项标准,是制备生物柴油的理想方法。

2 酯交换技术研究现状

酯交换反应是动植物油脂在催化剂存在或超临

24 中国工程科学

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