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随着环境污染的加剧和能源危机的加深,寻找能源的替代品已经迫在眉睫。生物柴油由于具有环境友好性和可再生性,成为石化柴油的理想替代品之一。然而,在生物柴油的生产过程中会产生副产物甘油。据统计,每生产It生物柴油,约产生100kg粗甘油。这些粗甘油废液如果不能及时有效地处理利用,将有可能成为新的污染源。由于粗甘油中除含大部分甘油外,还有如甲醇、油酸盐及未反应的脂肪酸和催化剂等杂质,因此粗甘油纯化需要精馏等纯化工序,需要消耗大量的热能,因此不能应用于工业生产。本论文主要研究生物柴油副产物的综合利用,为粗甘油的工业应用开辟了一条新道路。
生物柴油是以动植物油脂为原料,与低碳醇(甲醇或乙醇)经酯化或转酯化等一系列加工处理而制成的一种液体燃料,生物柴油是优质的石化柴油替代品,是典型的“绿色能源”。生物柴油由于具有可再生性、环保性及较高的安全性,受到世界各国的广泛关注,并得到大力的推广。生物柴油生产过程中会产生大量的副产物粗甘油,这部分粗甘油如果不能合理的利用,不仅浪费了资源,而且有可能对环境造成污染。所以从副产物甘油的利用角度出发,合理开发利用这部分副产物不仅可降低生物柴油的生产成本,而且可以缓解我国甘油和医药化工产品进口的压力,对经济发展起较大的促进作用。
聚乙烯醇(PVA)是一种应用广泛的有机高分子材料,由于其具有良好的水溶性、粘结性和成膜性,工业上大量应用于生产粘合剂、乳化剂、表面活性剂、分散剂及薄膜等产品。PVA具有较高的酵解度和聚合度,分子链上含有大量的羟基,分子内和分子间易形成大量的氢键,物理交联点多,结晶度和密度高,导致其脆硬,柔韧性和可塑性较差。本实验主要是以生物柴油副产物甘油为增塑剂,适量加入PVA中,用以降低PVA的结晶度和改善PVA的力学性能。
魔芋粉(一种重要食品)生产加工过程中,飘落到周围的颗粒小、重量轻的细粉称为魔芋飞粉。加工魔芋粉过程中,副产物魔芋飞粉的质量约占魔芋精粉的30%~40%。据统计,我国年产魔芋飞粉为1500~2000吨。目前对魔芋的利用主要集中在魔芋粉,而魔芋飞粉大部分低价以饲料或干燥剂出售,利用价值极低。本实验以魔芋飞粉为基质,甘油为增塑剂,戊二醛为交联剂制各魔芋飞粉共混膜,以寻求魔芋飞粉新的利用途径。
本论文以生物柴油副产物甘油为研究对象,经过简单的除杂处理后,将其应用于两个方面:
一、甘油加入PVA中,研究甘油加入量对PVA力学性能及热稳定性能影响;
二、甘油与戊二醛一起制备魔芋飞粉共混膜,分别研究了甘油和戊二醛加入量对魔芋飞粉共混膜外观特性及力学性能的影响。
实验研究结果如下:
一、生物柴油副产物甘油应用于改性PVA的研究
1.随着粗甘油质量分数增加,PVA膜拉伸强度降低、断裂伸长率跟先提高后降低,当甘油量为25%时,薄膜断裂伸长率最大为719.44%,此时的拉伸强度为22.47MPa。因此,生物柴油粗甘油经简单处理后可以直接作为增塑剂使用。
2.甘油作为增塑剂的主要机理是其羟基与聚合物上的羟基发生氢键缔合作用,桥接聚合物分子链,增加聚合物分子链间的柔韧性,起到增塑的作用。因此,甘油有望作为其它带有羟基的聚合物薄膜的增塑剂。
二、生物柴油副产物甘油用于制备魔芋飞粉共混膜的研究
1.魔芋飞粉共混膜的强度主要由两方面引起:一是物理作用,即甘油羟基(-OH)与共混膜中含羟基、氨基的物质形成氢键作用;二是发生了交联反应,戊二醛可与蛋白质,氨基酸类物质发生交联反应,因而共混膜具有一定强度。
2.戊二醛与魔芋飞粉发生交联反应主要机理是:戊二醛与伯胺反应生成希夫碱(C=N)。因此,加入戊二醛后,魔芋飞粉能够较好的成膜。
3.通过对不同质量分数的甘油和戊二醛魔芋飞粉共混膜外观特性和力学性能测试,得出当甘油和戊二醛质量分数为15%和7%时,共混膜的外观特征和力学性能最优,拉伸强度为22kg/cm2,断裂伸长率达200%。
本文的特色与创新之处在于:以生物柴油副产粗甘油为增塑剂,戊二醛为交联剂,制备魔芋飞粉共混膜。国内外目前还未有相关文献报道。