超声强化酯交换制备生物柴油的研究进展

生物柴油的制备技术研究进展

随着全球对可再生能源和低碳经济的追求，生物柴油作为一种绿色、清洁且可再生的新型能源逐渐受到人们的重视。同时，生物柴油的可再生和可降解性质也能够极大地减少对环境的影响，呼声越来越高。但是，与传统石油柴油相比，生物柴油的性能和稳定性等方面仍然存在着一些问题。为了解决这些问题，生物柴油的制备技术也在不断地发展和完善。

一、一些概念

生物柴油指的是用植物油、动物脂肪或废弃油脂等生物质资源作为原料，经过酯化、脱水等化学反应制成的液态燃料。它与传统的石油柴油在性质上非常接近，故可以在柴油发动机或可燃烧燃料的热机中使用。

生物质资源是指所有来源于动植物的有机物，包括植物油、动物脂肪、木质纤维素等各种生物原料。

二、现有技术探讨

1.生物柴油的制备工艺

目前，制备生物柴油的主要方法是催化转化法。其主要步骤为：将生物质资源经过脱水、酸碱催化剂催化转化，生成甘油和酯类混合物，再通过蒸馏、进一步纯化，制成生物柴油。这种方法操作简单，成本较低，能够适应多种原料制备，因此被广泛应用。

2.将生物柴油与传统柴油混合使用

目前绿色交通的发展趋势是：逐渐淘汰中高硫燃料和推广使用生物柴油。而初期生物柴油推广期间，在生物柴油生产技术成熟前，可以采取混合柴油方法来保证燃料的供应。同时这种方法也可以减少生物柴油的的生产成本。

3.生物柴油的添加剂研究

生物柴油的添加剂研究非常重要，因为生物柴油的一些性能和稳定性还有待提高。对生物柴油添加少量的添加剂，可以有效改善其燃烧、热值等性能，延长发动机使用寿命，从而进一步推广生物柴油的应用。

三、待解决问题

虽然生物柴油作为一种可再生、清洁的新型能源，很快就进入了我们的视野，但其仍存在一些问题，例如：

1.能源生态平衡

生物柴油至今仍不是一种完全清洁的能源。生物柴油的制备需要大量清洁水资源，而且用于生物柴油的原料过多会占用本应用于饲料和用于生活的动植物产品的有限资源，进而引发能源生态平衡问题。

２０１３年５月　第２８卷第５期　中国粮油学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｃｅｒｅａｌｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　Ｖｏ１．２８．Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１３　

超声波辅助管式反应器连续制备生物柴油的研究　

苏有勇　吴桢芬　王　华　

（昆明理工大学现代农业工程学院　，昆明６５０５００）　

（昆明理工大学冶金节能减排教育部工程研究中心　，昆明６５００９３）　

摘要　以ＫＯＨ为催化剂和小桐子油为原料，利用自制的管式反应器，在超声波辅助下进行酯交换反应　

制备生物柴油的试验研究，考察醇油比、催化剂用量、超声波功率、反应时间和水浴温度等因素对转化率的影　

响。通过单因素确定最佳反应条件：在水浴温度为５０℃，醇油比为６：１，催化剂用量为１．５％，超声波功率为　

１８０　Ｗ，流速为３．３　ｍＬ／ｍｉｎ时，转化率达到９１．８４％。在超声波辅助下，反应时间大大缩短，并且这种管式连续　

酯交换制备生物柴油技术具有操作简单、反应连续、产物分离方便等优点，具有很好的实用价值。　

关键词　超声波搅拌　小桐子油　酯交换反应　生物柴油　

中图分类号：ＴＱ６４５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—０１７４（２０１３）０５—００４９—０４　

随着世界能源的短缺，生物柴油作为重要的石　

化柴油替代品或者部分替代品，具有环保、可再生的　

特点，其研究和发展受到世界各国的重视＿ｌＩ２　Ｊ。目　

前，制备生物柴油运用比较广泛的是酯交换法。根　

据酯交换反应使用的催化剂种类及是否使用催化　

剂，酯交换法又可分为化学酯交换、酶法酯交换及超　

临界流体法　－４　Ｊ。尽管超临界反应有反应速度快，不　

存在催化剂与产物的分离问题，不存在乳化现象，甲　

酯（乙酯）的收率高等优点，但是高温、高压、高醇油　

比、设备投资昂贵、高温下设备腐蚀加剧、能耗高等　苛刻条件限制了其在生物柴油生产中广泛应用　Ｊ。　

超声波辅助技术已应用于化学法生产生物柴油　

中，它不仅可为反应提供能量，而且可促进了醇油相　

102

生物柴油及其催化合成技术研究进展

林 晶，林金清

（华侨大学材料科学与工程学院，福建 泉州 362021）

摘 要：介绍了国内外生物柴油的生产现状，并阐述了酸催化、碱催化、酶催化和超临界催化技术以

及离子液体催化、超声催化、微波催化等新催化技术的研究进展。简述了传统催化剂的优缺点，说明

了新技术代替传统技术的可能性。

关键词：生物柴油；酯交换；催化剂；研究进展

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：

鉴于化石能源资源的有限性和全球环境压力

的增加，世界上许多国家都认识到了新能源与可再

生能源的重要性，并从政治、经济和技术上采取行

动，出台了一系列有利于加快新能源与可再生能源

技术产业化、商业化的政策法规和措施。生物柴油

作为可再生的清洁能源，已在美国，欧盟等多个国

家和地区推行使用。它是典型的“绿色能源”，且燃

烧性能与石油柴油相当，因此大力发展生物柴油对

经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，

控制城市大气污染具有重要的战略意义。

1 生物柴油的优点及应用现状

1.1 生物柴油及其优点

生物柴油是以植物油和动植油脂等可再生油

脂为原料制成的可再生能源。动植物油脂来源很广,

如蓖麻油、茶油、桐油、亚麻油、棕榈油、菜籽油、

棉籽油、橄榄油、大豆油、花生油、玉米油、鱼油、

猪油、牛油、藻类油脂、油脚或餐饮业废油脂等, 这

为生产生物柴油提供了广泛的原料[1,2]。目前，主要

利用菜籽油、光皮树油、大豆油、麻疯树油、米糠

油脚料、工业猪油、牛油等作为原料[3]。

与石化柴油相比,生物柴油具有多方面优越性[4.5]。它具有较好的低温发动机启动性能，无需添加

剂冷滤点即可达-20℃；不含芳香烃、具有较高的十

六烷值，燃烧性能和抗爆性能均优于石油柴油；闪

点较石油柴油高，不属于危险品，有利于安全运输

和储存；具有较好的运动粘度且含硫量低，这使得

生物柴油在不影响燃油雾化的情况下，更容易在气

缸内形成一层油膜，从而提高运动机件的润滑性，降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长使

第２７卷第１期　２００８年３月　武汉工业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖ０１．２７Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２００８　

文章编号：１００９—４８８１（２００８）０１—００２３—０５　

超声波辅助制备微生物柴油的研究　

杨建斌　一，陈明锴　，汤世华　，何东平　，陈涛　（１．武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉４３００２３；２．武汉大学人民医院，湖北武汉４３００６０）　

摘　要：研究了在低频超声波（２８　ｋＨｚ和４０　ｋＨｚ）的辅助作用下，微生物油脂与短链醇在碱催　化作用下进行酯交换反应。研究结果表明，与传统的机械搅拌相比，采用低频超声波，醇油摩　

尔比为６：１．会使反应时间大大缩短１０—４０　ｒａｉｎ，同时催化剂的用量也会减少２—３倍。直链　

醇反应相＂－３迅速，而仲醇和叔醇在６０　ｍｉｎ后基本没有反应。采用２８　ｋＨｚ的低频超声波达到了　

很高的转化率（９８％一９９％），但反应时间稍长一些；采用４０ｋＨｚ的低频超声波可有效地缩短　反应时问１０—２０ｒａｉｎ；而高频超声波对脂肪酸的酯交换反应没有强化作用。　

关键词：微生物油脂；酯交换；超声波；碱催化作用；微生物柴油　

中图分类号：Ｑ　８１９　文献标识码：Ａ　

０　引言　

随着石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提　高，世界各国加快了柴油替代燃料的开发步伐，生物　

柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。据统　

计，生物柴油制备成本的７５％左右是原料成本，因　

此采用廉价原料，降低原料成本是实现生物柴油产　

业化、实用化的关键¨　。因此，开辟微生物油脂这　

一新的油脂资源的开发和研究，不仅丰富了传统的　

油脂工业技术，而且也将是工业化生产油脂的一个　重要途径　。随着工业生物技术的发展，微生物　

油脂发酵从原材料到过程都不断取得新进展。最　

近，美国国家可再生能源实验室（ＮＲＥＬ）的报告特　别指出微生物油脂发酵可能是微生物柴油产业和生