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生物柴油是以动植物油脂及餐饮废弃油脂等为原料与甲醇反应制得的脂肪酸甲酯，它是清洁的可再生能源。目前制约生物柴油发展的问题是原料。根据中国国情，以各种废弃油脂和木本植物油脂为原料有利于生物柴油的长期发展。这些原料油的共同特点是酸值较高，因此需要开发高酸值原料油制备生物柴油的工艺。为此，本文针对高酸值油脂开发了酸碱两步催化工艺。此外，现有的生物柴油制备大多以无机碱为催化剂，其缺点是易产生难分离的皂化物。本课题组曾开发了有机碱催化新工艺避免了上述问题，但存在反应温度和压力高，反应时间长的缺点。本文采用有机碱与无机碱的复合催化剂，以缓和单纯有机碱催化工艺的苛刻反应条件。
首先，本文研究了硫酸催化高酸值的餐饮废油脂的甲酯化反应。考察了醇与脂肪酸摩尔比、催化剂用量、反应时间、反应温度、添加吸水剂以及原料含水量对酸值的影响。结果发现，醇酸摩尔比的增加有利于酸值的降低；催化剂的用量为脂肪酸质量的5％为宜；最佳反应时间为60 min；反应温度控制在甲醇沸点附近最有利于酸值的降低。实验还发现，凹凸棒土、NaA分子筛和无水Na2SO4都是脂肪酸酯化反应的优良吸水剂，添加后经一次酯化油脂的酸值即可满足要求；其中凹凸棒土效果稍差，但价格低廉，有较好的实用性。
其次，研究了以酯化后的油脂为原料制备生物柴油的工艺条件。考察了酯交换催化剂的种类、醇油摩尔比以及催化剂用量等对脂肪酸甲酯收率的影响；利用中心复合响应面的统计方法预测了脂肪酸甲酯的收率；研究了产品粘度与脂肪酸甲酯收率的关系。结果表明，KOH-NaOH(质量比为1:1)为最佳催化剂；两次酯交换的醇油摩尔比均为6:1为宜；第一次和第二次酯交换的最佳催化剂用了分别为油脂质量的1％和0.75％；在最佳实验条件下，脂肪酸甲酯的总收率可达96.33％；产品粘度与脂肪酸甲酯含量的关系式为：w=-38.76lnt+210.45。
最后，利用三乙胺、二乙胺和叔丁胺等有机碱与分别与KOH组成复合催化剂催化棉籽油与甲醇酯交换制备生物柴油。确定了复合催化剂中KOH的最佳用量，比较了利用复合催化剂与单纯有机碱催化剂反应釜的压力，考察了分别利用三乙胺、二乙胺和叔丁胺复合催化剂时，反应温度、反应时间、催化剂用量以及醇油摩尔比对脂肪酸甲酯收率的影响。结果显示，KOH的最佳用量为油脂质量的0.03671％；三种有机碱的最佳用量分别为棉籽油质量的6％、5％和6％；最佳反应温度分别为190℃、180℃和200℃；最佳醇油摩尔比均为9:1；当反应时间为3h时，在最佳实验条件下，三种催化体系所得的脂肪酸甲酯的收率分别为：94.14％、94.45％和91.32％。当单纯使用上述三种有机碱为催化剂时，反应釜的压力分别为：3.4 MPa、3.6 Mpa和4.0 MPa，与此相比，若在反应体系中添加棉籽油质量0.0367％的KOH分别与上述有机碱组成复合催化体系，反应的压力则相应降至2.3 MPa、2.8 MPa和3.0 Mpa。