生物柴油制备方法研究进展

杨 宁

沈阳师范大学化学与生命科学学院，辽宁沈阳 110034

生物柴油制备方法研究进展

杨 宁

沈阳师范大学化学与生命科学学院，辽宁沈阳 110034

生物柴油作为一种可再生生物燃料，大力开发生物柴油具有科学和环保意义，本文论述了生物柴油的几种制备方法，包括：直接混合法、微乳液法、高温裂解法和酯交换法，其中重点对酯交换法进行了介绍。

生物柴油；可再生资源；制备方法

0 引言

随着环境污染的加重各国对于环境保护越来越重视。尤其在今年地质灾害异常严重，因此环保问题再次引起了人们的关注。生物柴油是利用可再生的动物和植物油脂为原料与甲醇或乙醇等醇类物质进行酯交换反应制得的，它是一种改良性的燃料油，主要由碳氢元素组成，大大降低了有毒气体的排放，它可以替代石化柴油的燃料，既可以100%单独使用，又可以与石化柴油以任意比例互溶（一般加入生物柴油比例2%～30%），这种混合燃料可直接用于柴油机，不需要对柴油机作任何改变。与传统的石化燃料相比具有：燃烧性能好、安全性高、润滑性好、可低温启动、环保可再生等功能。大力发展生物柴油具有战略意义。

1 制备方法的研究进展

1.1 直接混合法

直接混合法是将植物油与柴油、降凝剂、添加剂按不通比例直接混合制成生物柴油的方法。在生物柴油研究初期，研究人员设想将天然油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其黏度，提高挥发度。1980年，Caterpiller Brazil将植物油和柴油混合进行过初步研究，Ziejews-ki等将葵花籽油与柴油以1：3的体积比混合，40℃下测得混合物的运动粘度较规定的最高粘度低，因此不适合在直喷柴油发动机中长时间使用，而红花油和柴油混合后的测定效果较好。

1.2 微乳液法

微乳液法是将植物油和甲醇、乙醇等较低碳醇溶剂混合形成乳化液，从而降低植物油的粘度。Neuma等使用表面活性剂、助表面活性剂、水、炼制柴油和大豆油为原料进行开发和研究，但在试验室规模的耐久试验中发现有很多不足，并且新增加了其它问题。

1.3 高温热裂解法

高温裂解法是指在高温的条件下通过化学键的断裂，一种物质转化为另一种物质的过程。Schwab等对大豆油热裂解的产物进行分析，发现烷烃和稀烃的含量很高，约占总质量的66%，十六烷值高于豆油和石油柴油，热值与石油柴油相近，裂解产物的粘度虽比大豆油下降22.4%，但还是比石油柴油高6.1%～8.3%。

1.4 酯交换法

酯交换法是指将植物油或动物油主要成分甘油三酸脂与甲醇、乙醇等低碳醇发生置换反应从而减小油脂的相对分子质量，降低其粘度，使其各项指标与柴油相近。

1.4 .1 均相催化

均相催化剂包括酸和碱，酸多采用硫酸和盐酸，2007年马俊林等研究了大豆酸化油在硫酸复合酸的作用下与甲醇发生转酯化和酯化的反应并且确定了生成脂肪酸甲酯（生物柴油）的最佳反应条件。无机酸催化剂副反应多，且对设备腐蚀性较大，正在被其它催化剂所替代。

常用的均相碱催化剂有NaOH、KOH、NaOCH3等。一般采用在甲醇中溶解度较大的碱金属氢氧化物作为均相催化剂，其催化活性与碱性强弱有关。李为民等[8]将酸值较高的地沟油通过预酯化反应降为（2±1）mgKOH/g，制备出了符合国家生物柴油标准和ASTM6751标准要求的生物柴油。虽然碱催化效率很高，资源丰富，但是分离困难，易造成碱液污染。

1.4 .2 非均相催化

非均相催化包括固体酸、固体碱的催化、载体催化剂催化和生物酶催化，由于非均相易于分离能够有效地降低污染程度，关于非均相催化剂的研究受到越来越多的重视。生物柴油制备中常用的固体酸主要包括沸石分子筛、杂多酸、离子交换树脂、固体超强酸等。李连华等利用固体床反应器，以阳离子交换树脂为固体酸催化剂催化桐油预酯化反应，通过各单因素实验，确定适宜的操作条件为:醇油摩尔比6:1，停留时间88min，床层温度65℃，在此条件下酸值可降至0.8mg的KOH/g，酯化率达到90%以上。制得的生物柴油产品达到中国0#车用柴油标准。张海荣等人介绍了一种改性的SO42--TiO2-Clay黏土固体酸催化剂，催化剂用于酸化油和甲醇酯化反应制备生物柴油，酸化油转化率达到98%以上。催化剂重复使用20次（累计使用160h），催化剂的活性仍保持在94%以上，具有很好的抗水性和催化活性。通常用的固体碱分为有机固体碱和无机固体碱两大类。Bancquart等用固体碱MgO催化硬酯酸甲酯与甘油的酯交换反应，在493K反应条件下制备单甘油酯。经研究发现，固体碱单位面积碱性越强，则催化活性越高。Gryglewicz等通过对菜籽油甲酯化反应的研究，发现MgO和CaO能够在菜籽油的酯交换反应中起到多相碱催化的作用.Claire以CaO、MgO和Al2O3为载体，采用初湿浸润法制备了一系列Li和Na的固体碱催化剂.用其催化制备生物柴油，该方法制备的催化剂在60℃，醇油比6：1，反应3h条件下可达到90%以上的转化率。酶催化由于具有专一性，副产物少的特点近年来对其的研究也很多，张宝华等以丝瓜络为载体对Pseudomonas fluorescens脂肪酶进行固定化并用其催化制备的生物柴油适用于工业化应用。

2 结论

发展无污染，可再生资源是当今社会的需要也是每个国家的需要，为解决能源危机有重要作用。我国地域广博，生物资源丰富，这也为发展和研究生物柴油提供了良好的物质基础。生产生物柴油是一项朝阳产业，也环保的一部分。

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1674-6708（2010）28-0048-02