生物柴油催化合成技术研究进展

生物柴油作为一种可再生能源，可以由动植物油脂通过酯交换反应来制备。该文综述了近年来生物柴油的合成方法，重点阐述了制备过程中的酸催化、碱催化、酶催化和超临界催化等催化方法，探讨了各自的特点、缺陷及其解决措施，并提出了相应建议。     

菜籽油酯交换制备生物柴油的工艺研究

为提高生物柴油的转化率和纯度，以菜籽油为原料，研究在KOH催化剂作用下与甲醇进行酯交换反应制备生物柴油的工艺，考察了甲醇用量、催化剂用量、反应温度和反应时间等操作条件对酯交换反应的影响。结果表明，该反应最适宜的工艺条件为：甲醇用量为菜籽油质量的20%，催化剂用量为菜籽油质量的1.2%，反应温度为65℃，反应时间为90～120 min；菜籽油制备的生物柴油品质达到美国ASTM和德国DINE生物柴油标准，其生物柴油的转化率为94.89%。若充分开发中国南方可利用的冬闲田和边际土地约1000万hm²种植油菜，按照此工艺条件加工菜籽油，则每年可加工生产生物柴油740万t，具有广阔的发展前景。     

Ba(OH)2催化酯交换反应制备生物柴油

为简化酯交换法制备生物柴油工艺过程,实现生物柴油绿色生产.采用正交试验的方法研究了Ba(OH)2催化酯交换反应制备生物柴油过程中油醇摩尔比、Ba(OH)2用量、反应温度、反应时间等因素对生物柴油转化率的影响,并将Ba(OH)2与KOH的催化效果进行了简单比较.实验结果显示:最佳的工艺条件为油醇摩尔比1:6、Ba(OH)2用量2%、反应温度60℃.在此条件下以大豆油为原料90 min生物柴油转化率达到94.27%,花生油、亚麻油、菜籽油等相应转化率均超过95%,同时对比实验证明Ba(OH)2与KOH具有同样高的催化活性,反应产物成分相同,且Ba(OH)2可通过BaSO4沉淀的形式简单、完全回收.Ba(OH)2可作为一种有潜力的生物柴油制备催化剂.     

废鸡油脂制取生物柴油试验研究

生物柴油作为一种绿色清洁替代型燃料,受到科研和产业界的广泛重视,原料油脂的廉价稳定供应是生物柴油产业化的关键.该文对来源于鸡肉制品加工的废鸡油作为生物柴油原料的潜力进行了探索,在NaOH催化剂作用下,通过与甲醇转酯化反应制备生物柴油.试验考察了醇油摩尔比、NaOH用量、反应温度、反应时间等因素对油脂转化率的影响,并对制备的生物柴油样品进行了燃料指标分析.结果表明,炼制鸡油较为适宜的转酯化反应条件为反应温度50℃、醇油摩尔比9:1、NaOH用量1.3%、反应时间90～120 min,获得油脂转化率约90%.试验生物柴油样品多项理化指标能够满足EN14214生物柴油标准及国内O#柴油标准.     

菜籽油碱催化酯交换法制备生物柴油工艺参数的优化

为获得最佳反应条件,在单因素试验的基础上,采用响应面法对菜籽油碱催化酯交换法制备生物柴油的工艺参数进行了优化试验,结果表明,预测酯交换反应过程中菜籽油转化率变化的回归方程拟合程度良好,最优工艺参数为：醇油摩尔比6.12︰1,催化剂用量0.9%,反应时间40 min,反应温度57.74℃,并且在最优工艺参数下进行了验证试验,得到菜籽油转化率为97.43%,与预测值的误差为0.4%,小于5%。对生物柴油的组成成分进行了气相色谱/质谱联用（GC/MS）分析,结果表明,脂肪酸甲酯质量分数达到99.54%。因此,利用响应面分析法得到的最优工艺参数真实可靠,制得的生物柴油品质较好。     

超声波辅助离子液体组合物直接制备微藻生物柴油

微藻生物柴油能够解决目前植物原料生物柴油面临的耕地不足、气候变化影响产量并引起农作物价格上涨等突出问题,但传统微藻生物柴油生产过程能源与化学品消耗大,将微藻油脂的提取-酯交换耦合成一个单元,具有较大应用潜力.该研究采用小球藻、甲醇为原料,离子液体组合物作为提取剂、催化剂,超声波辅助催化微藻直接提取-酯交换制备生物柴油.考察超声波频率、超声波功率、离子液体类型、离子液体用量、反应温度、反应时间、醇油摩尔比等因素对酯交换率的影响,并与传统水浴加热机械搅拌法比较,结果表明,超声波和离子液体对生物柴油的制备有协同促进作用,离子液体具有催化、提取与增溶的作用,能较好地消除醇油界面接触,超声波的引入强化了传质传热过程,与传统加热方式水浴加热机械搅拌法相比,可以缩短酯交换反应的时间,降低反应温度,减少离子液体、甲醇的用量.离子液体[BMIM][HCOO]为提取剂,微藻油脂提取率最高;酸性离子液体催化效果明显高于碱性离子液体,离子液体[SO3H-BMIM][HSO4]为催化剂,微藻油脂转化率最高.当超声波功率240W,频率28kHz,甲醇用量和藻粉质量比为61:,离子液体组合物和藻粉质量比为51:,离子液体[BMIM][HCOO]与[SO3H-BMIM][HSO4]体积比为12:1,反应温度为50℃,超声反应时间50min条件下,生物柴油的转化率可达69.6%.该方法将离子液体溶解提取性能、催化性能及超声波的空化效应相结合,将油脂的提取与油脂的转酯化合二为一,不需先从微藻粉中提取油脂,缩短了工艺,能够实现含油微藻到生物柴油的一步转化.     

菜籽油碱催化法制备生物柴油的工艺参数

以碱催化剂为媒介的转酯化反应制备生物柴油方法因其转化率高而倍受重视。该文以菜籽油为原料,在小型试验装置上,采用均相碱催化法,研究了菜籽油在碱性催化剂NaOH的作用下与甲醇经酯交换反应制备生物柴油的工艺条件。考察了醇油摩尔比（4︰1～8︰1）、催化剂用量（0.5%～2%）、反应温度（30～60℃）和反应时间（30～150 min）等工艺参数对酯交换反应的影响,对生物柴油的组成成分进行了气相色谱/质谱联用(GC-MS)分析。结果表明,在醇油摩尔比6︰1,催化剂用量为油质量的1%,反应温度为50～60℃,反应时间为60 min时,酯交换反应转化率最高可达到96.7%。该生物柴油主要由油酸甲酯、芥子酸甲酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯、11-二十碳烯酸甲酯、亚麻酸甲酯等脂肪酸甲酯组成,其中油酸甲酯含量最高,相对质量分数高达50.30%。     

超临界流体制备超细粉体及纳米胶囊技术研究进展

超临界流体制备微细颗粒和纳米胶囊技术是近10年才发展起来的新技术.该文对超临界流体快速膨胀技术、超临界流体抗溶剂结晶技术和超临界流体包覆技术的概念和原理进行了简要的介绍,并综述了该项技术在食品、生物和医药领域的国内外研究现状和主要成果.     

非均相固体碱催化剂制备生物柴油的工艺优化

以菜籽油为原料,运用Mg/Al复合固体作为碱性催化剂制备生物柴油.采用五因子二次正交旋转组合设计,研究醇油比,催化剂用量,反应时间,反应温度,搅拌强度五个因子对生物柴油得率的影响,利用SAS8.1中的响应面分析程序RSREG建立并分析了五个因子对得率影响的数学模型.结果表明,所得回归方程达显著水平,拟合情况良好;五个因子对得率的影响大小依次是催化剂用量>醇油比>搅拌速度>反应时间>反应温度.最佳反应温度为70℃,催化剂用量为6%,醇油比5:1,反应时间8h,搅拌强度500r/min,生物柴油的得率可达90%,其指标基本达到美国的ASTM标准和德国的DINE标准.     

固体催化剂催化牛油制取生物柴油工艺优化

利用固体催化剂催化废弃动物油脂制取生物柴油可以实现催化剂的重复利用、降低原料成本,从而提高生物柴油的市场竞争力。该文以牛油为原料,在自制固体催化剂Cs2O/γ-Al2O3的催化作用下与甲醇酯交换反应制备生物柴油。采用响应面法对反应过程进行了优化,试验考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应时间和反应温度等操作条件对酯交换反应的影响,并得到了最优反应条件,即反应温度66℃,醇油摩尔比10.5：1,催化剂用量5.3%,反应时间120 min,生物柴油的酯交换率达到95.5%。反应后固体催化剂在400℃下灼烧4 h后可以重复利用,重复利用8次后酯交换率下降不到6%。研究结果将为固体催化剂催化废弃动物油脂制取生物柴油的连续和产业化生产提供试验基础,为提高生物柴油的市场竞争力提供参考。     

农村垃圾厌氧-准好氧时空联合生物反应器中微生物群落分析

生物反应器是处理农村中小型固体废物的有效技术，该研究以时空联合型厌氧-准好氧生物反应器（STASAB）为研究对象，利用16S rRNA高通量测序分析了STASAB中的微生物群落，以期为该反应器的高效运行提供理论依据。结果表明，各生物反应器处理单元中的优势菌门为Proteobacteria(18.5%~26.6%)、Firmicutes(14.9%~26.6%)、Chloroflexi(6.6%~25.2%)、Bacteroidetes(8.2%~24.0%)、Actinobacteria(6.9%~13.8%)。C3处理单元在厌氧阶段中的优势菌属为Lentimicrobiume、vadinBC27_wastewater-sludge_group、Treponema_2、norank_f_Synergistaceae（产甲烷菌）等。在STASAB各处理单元（C1、C2、C3）中发现了硝化细菌Deinococcus-Thermus以及大量的反硝化细菌norank_f_Anaerolineaceae、unclassified_o_Rhizobiales、Hyphomicrobiu、AKYG587、Bacillus、norank_f_Caldilineaceae等。Venn图与PCA分析显示C1、C2具有相似的微生物群落结构，C3中的特有菌属显著高于其它反应器；RDA分析表明C1、C2（STASAB）中的微生物群落具有更高的稳定性，不易受到外界环境因素的影响。因此，STASAB的空间布局和运行方式能够有效发挥厌氧和准好氧生物反应器的优势，高效促进产甲烷菌、硝化菌和反硝化菌的共存和生长代谢，实现农村生活垃圾的快速降解。     

大豆油和地沟油制备生物柴油生命周期评价

该研究应用生命周期评价方法，以大豆油和地沟油分别制备1 t生物柴油为研究对象，计算生物柴油全生命周期过程中的能源消耗和周期排放，结果表明：以大豆油为原料制备生物柴油全生命周期总能耗约为地沟油的2.65倍，且以地沟油为原料制备生物柴油过程中CO2、SO2、NOx、CO和粉尘各项排放与大豆油为原料时相比分别降低了82.92%、45.68%、94.91%、53.40%和90.61%。通过对制备生物柴油生命周期排放的废气和废物对环境造成的影响进行量化分析，结果表明以大豆油为原料时生命周期环境影响潜值约为地沟油的11.70倍，其数值分别为8.42和0.72，大豆油制备生物柴油过程中对环境的影响主要是全球性的变暖，地沟油制备生物柴油过程中对环境的影响主要是地区性的酸化。     

Enzymatic approach to biodiesel production

The need for alternative energy sources that combine environmental friendliness with biodegradability, low toxicity, renewability, and less dependence on petroleum products has never been greater. One such energy source is referred to as biodiesel. This can be produced from vegetable oils, animal fats, microalgal oils, waste products of vegetable oil refinery or animal rendering, and used frying oils. Chemically, they are known as monoalkyl esters of fatty acids. The conventional method for producing biodiesel involves acid and base catalysts to form fatty acid alkyl esters. Downstream processing costs and environmental problems associated with biodiesel production and byproducts recovery have led to the search for alternative production methods and alternative substrates. Enzymatic reactions involving lipases can be an excellent alternative to produce biodiesel through a process commonly referred to alcoholysis, a form of transesterification reaction, or through an interesterification (ester interchange) reaction. Protein engineering can be useful in improving the catalytic efficiency of lipases as biocatalysts for biodiesel production. The use of recombinant DNA technology to produce large quantities of lipases, and the use of immobilized lipases and immobilized whole cells, may lower the overall cost, while presenting less downstream processing problems, to biodiesel production. In addition, the enzymatic approach is environmentally friendly, considered a "green reaction", and needs to be explored for industrial production of biodiesel.     

超临界CO2流体萃取海滨锦葵籽油的工艺条件优化

为了提高海滨锦葵籽的利用价值,开发生物柴油新原料,该文以海滨锦葵籽为原料,利用超临界CO2流体萃取技术提取海滨锦葵籽油。通过单因素试验及正交试验研究了萃取压力、萃取温度、CO2流量和萃取时间等因素对油脂得率的影响,确定了超临界CO2流体萃取技术提取海滨锦葵籽油的最佳工艺条件。结果表明,在试验范围内各影响因素对海滨锦葵籽油得率作用的大小依次为：萃取压力＞萃取温度＞CO2流量＞萃取时间。超临界CO2流体萃取技术提取海滨锦葵籽油的最佳工艺参数为：萃取压力25 MPa,萃取温度45℃,CO2流量21 kg/h,萃取时间为100 min,在该工艺条件下萃取3次,海滨锦葵籽油得率达到19.35%。     

Studies on the preparation of biodiesel from Zanthoxylum bungeanum Maxim seed oil

To reduce the cost of biodiesel production, the feasibility of Zanthoxylum bungeanum Maxim seed oil (ZBMSO) was studied to produce biodiesel. A methyl ester biodiesel was produced from ZBMSO using methanol, sulfuric acid, and potassium hydroxide in a two-stage process. The main variables that affect the process were investigated. The high level of free fatty acids in ZBMSO was reduced to < 1% by an acid-catalyzed (2% H2SO4) esterification with methanol to oil molar ratios of 20-25:1 for 1 h. A maximum yield of 96% of methyl esters in ZBMSO biodiesel was achieved using a 6.5:1 molar ratio of methanol to oil, 0.9% KOH (percent oil), and reaction time of 0.5 h at 55 degrees C. Further investigation has also been devoted to the assessment of some important fuel properties of ZBMSO biodiesel produced under the optimized conditions according to specifications for biodiesel as fuel in diesel engines. The fuel properties of the ZBMSO biodiesel obtained are similar to those of no. 0 petroleum diesel fuel, and most of the parameters comply with the limits established by specifications for biodiesel.     

超声强化酯交换制备生物柴油的工艺优化

为了获得超声强化酯交换反应制备生物柴油最佳工艺条件,为工业化生产提供借鉴。该文考察了超声功率密度、反应温度、催化剂用量和醇油摩尔比等因素对超声强化 KOH 催化酯交换反应过程的影响,并采用响应曲面分析方法（RSM）优化最佳工艺参数。研究结果表明：超声强化 KOH 催化酯交换反应制备生物柴油最佳工艺条件为：超声功率密度54.7 W/L、反应温度34℃、催化剂用量为大豆油质量的 1.3%、醇油摩尔比6︰1,此条件下酯交换反应甲酯质量分数为 99.68%,经验证试验得实测值为99.56%。RSM优化的试验结果适合于碱催化酯交换反应制备生物柴油工艺,并能够预测不同条件下碱催化酯交换反应中的甲酯质量分数。     

NaHSO4催化椰子油皂脚油酯化降酸工艺优化

以椰子油皂脚油为原料的生物柴油酯化效率与催化剂和结合反应装置的操作方法有关。以硫酸氢钠为催化剂结合设计的反应装置,对高酸值椰子油皂脚油进行预酯化反应研究。通过单因子试验探讨适用于反应装置的反应条件,并讨论不同的操作方式对反应速率和反应进程的影响。结果表明:最佳条件为:反应温度105℃,甲醇通入流速为0.825 mL/min,催化剂用量为5.0%,反应2 h下转化率>95%。催化剂重复使用9次后转化率78.15%;改变操作方法,0.1 MPa条件下反应,采用通入甲醇1.32 mL/min反应30 min,后常压条件下通入甲醇量0.825 mL/min,反应30 min,椰子油皂脚油酸值由106变为1.2 mg/g,转化率98.9%,并可缩短酯化时间1 h,油脂成品满足酯交换工序要求。精制的生物柴油成品所测试的技术指标符合德国现行生物柴油标准(DIN V 51606)。     

小桐子油超声波协同纳米催化剂制备生物柴油

以纳米Zn-Mg-Al高温煅烧物为催化剂,高酸值小桐子油为原料,超声波反应器中连续生产生物柴油,并系统研究超声波辐射协同纳米催化剂催化制备生物柴油的最优条件。研究结果表明,超声波协同纳米催化剂催化制备生物柴油的最优条件为：超声波功率210 W、醇油摩尔比4︰1、催化剂为油质量的1.2%、反应温度60℃时生物柴油收率94.3%。在此优化条件下完全可实现小桐子油连续工业化生产生物柴油的需求,精制后的生物柴油完全符合德国生物柴油标准DIN V 51606: 1997,且理化性质稳定,放置1 a后生物柴油的酸值、密度、黏度和化学组成基本不变。     

利用Biopro型设备转化废弃油脂制备生物柴油

为开发适应中国废弃油脂生物柴油转化的成套技术与装备,结合美国Biopro 380型设备,对中国的4种典型废弃油脂生物柴油转化工艺进行了系统研究,结果表明,甲醇回流温度65℃下,酯化反应时间2.5h、浓硫酸加入量0.5%、甲醇与游离脂肪酸摩尔比2.7∶1时,酯化混合物的酸值降至1～2?mg/g;转酯化反应在醇油摩尔比6∶1、催化剂NaOH的加入量1.0%（与废弃油脂的质量百分比）、反应时间60 min时,转酯化效果最佳;将该工艺条件应用于Biopro 380型设备中进行验证试验,获得的生物柴油产品质量指标基本符合中国生物柴油标准GB/T 20828-2007。