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生物柴油是柴油发动机使用的一种可再生、可生物降解、环境友好型的燃料。它可以以植物油或动物脂肪等可再生资源为原料而获得。虽然这种燃料已获得全世界的认可很多年,但是它并没有被广泛商业化。主要是因为它比石化柴油昂贵。目前一些旨在全面降低生物柴油成本的战略已被广泛采用,包括利用当地现有的原材料,利用温和反应条件、较短反应时间却具有高酯化率的生产方法。油桐树在中国广泛种植,其种植面积和产出占世界80%。因此,在中国,桐油具有充当可行的生物柴油生产原料的潜力。
本文介绍了一种在甲醇,乙醇的混合体系里加入甲酯助溶剂的均相碱催化法,以克服醇油两相之间的传质的局限,从而提高桐油生产生物柴油的产率。本文主要研究了助溶剂脂肪酸甲酯(FAME)及脂肪酸甲酯乙酯(FAMEE)、反应温度(25℃,40℃,和60℃)、醇油摩尔比(6:1,9:1,12:1,15:1和20:1)、反应时间(0-60分钟)等因素对桐油酯交换反应的影响,并与没有助溶剂情况下的酯交换反应进行了对比。此外,为了验证在低温下桐油转化为生物柴油的可能性,本文还研究了桐油在反应温度12℃、20%体积的FAME助溶剂、1.2wtKOH、醇油比15:1、反应时间2小时30分钟的条件下的酯交换反应。产品通过液相色谱进行了分析,并且甘油三酯(TG)的转化率根据标准方法进行了测定。本文通过研究高效液相色谱得到的色谱图以测定生物柴油产品的纯度。每-谱图的运行,根据随着时间的推移,以确定哪些峰属于该产品组成部分的某-特定群体(生物柴油,单甘酯,甘油二酯和甘油三酯)。
在反应温度分别为25℃和40℃、醇油摩尔比以上述任何比例、有助溶剂参与的条件下,酯交换反应可分别在前六分钟和前三分钟高效的进行。但是当反应温度为60℃却没有上述效果。在上述所有反应条件下的均衡转换中,甘油三酯(TG)的转化率以及无论是有助溶剂还是无助溶剂反应下的生物柴油纯度均没有明显差异。除了没有助溶剂或者助溶剂为FAMEE条件下的醇油比为12:1的各种反应,其余酯交换反应得到的生物柴油中甘油三酯的含量均达到了欧洲EN14214标准(≤0.2%)。随着反应温度从25℃上升到40℃,然后上升到60℃,要达到非常高的转换率(平衡转换)和较高纯度所需的时间减少了。然而除了在25℃条件下进行的反应,其余在较高反应温度条件下的生物柴油纯度并没有显著提高。在所有反应条件下,无论有无助溶剂,醇油摩尔比为15:1的反应得到了最好的结果。在12℃条件下的桐油酯交换反应实现了反应2小时30分钟后100%的甘油三酯转化率以及88%的生物柴油纯度。
考虑到生产成本、效率、生产过程的安全,桐油转化为生物柴油的最佳生产条件是,无助溶剂且醇油摩尔比为15:1的条件下,反应温度为25℃、反应60分钟,或反应温度为40℃、反应30分钟。