乌桕梓油制备生物柴油的研究

论文摘要

生物柴油是优质的石化柴油替代品，典型“绿色能源”，是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液态燃料。它具有含硫量极低、芳香烃含量少、含氧量高、十六烷值高、闪点高和废气逸出少等优点。目前生物柴油产业化的主要问题是原料问题。 乌桕[Sapium sebiferum（L.） Roxb.]，又名蜡子树、木油树，大戟科乌桕属，落叶乔木，其种子含油量高，出油率高达40％以上，为我国四大木本油料植物（乌桕、油茶、油桐和核桃）之一。乌桕全身都是宝，仅从其种子中提取得来乌桕油（乌桕油包括存在于乌桕种子外壳的蜡质油脂，简称乌桕皮油或乌桕脂，和存在于种子壳内的液状油脂，简称乌桕梓油或桕油）可用作食用油源、工业油源，又可作为动力油源，是一种取之不尽的可再生油源。大力种植乌桕油料作物，发展成生物能源供应地，对解决“三农”问题有重大的意义，即可以增加农民收入，提高农民的生活水平，又能够带动农村及周边地区的经济社会发展，为和振兴农业发挥了重要作用。 本论文采用乌桕梓油为原料制备生物柴油，进行乌桕梓油的原料特性、预处理、甲酯化反应及其副产物甘油的分离纯化和生物柴油特性的研究，重点研究了采用纳米磁性固体催化剂和固定化包衣酶催化的二种制备方法。 1．乌桕梓油的理化性能指标和脂肪酸组成是其能否制备或作为石化柴油替代燃料的关键。本文采用气相色谱仪和常规分析仪器对乌桕梓油的理化性能指标和脂肪酸组成进行了测定与分析，结果发现乌桕梓油主要由18碳链的脂肪酸组成，在研究过程中新发现了两种脂肪酸（月桂烯酸和十一烷酸）。 2．原料乌桕梓油的粘度太大和酸价较高，需要经过脱胶和脱酸处理才能用来制备生物柴油。 采用二次回归正交旋转组合设计乌桕梓油脱胶实验，并用SAS软件对试验结果进行处理。获得乌桕梓油脱胶数学模型为： Y=20.1713+0.9633x1-6.2751x2-0.6357x3+3.1409x12-1.2338x1x2+3.5527x22+1.4160x32最佳脱胶工艺条件为：磷酸量为0.14％，加水量为4.1％，脱胶温度为70℃，在此条件下的乌桕梓油磷脂含量为17.16mg/kg。影响乌桕梓油脱胶效果的主次因

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语注释
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 生物柴油的国内外研究现状
• 1.1.1 生物柴油开发利用的意义
• 1.1.2 各国生物柴油开发利用的情况
• 1.1.3 生物柴油的可行性分析
• 1.1.4 生物柴油的制备方法
• 1.2 乌桕研究应用状况
• 1.2.1 中国乌桕的社会经济地位
• 1.2.2 乌桕油脂的应用
• 1.3 课题来源
• 1.4 立题背景和意义
• 1.5 主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 乌桕梓油理化性能的测定与分析
• 引言
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 材料和试剂
• 2.1.2 主要仪器和设备
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.4 脂肪酸含量的测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 乌桕梓油基本理化特征的分析
• 2.2.2 乌桕梓油脂肪酸含量分析
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 乌桕梓油原料预处理研究
• 引言
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 材料和试剂
• 3.1.2 主要仪器和设备
• 3.1.3 实验方法及原理
• 3.1.4 磷脂含量测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 乌桕梓油脱胶的二次回归正交旋转组合试验设计
• 3.2.2 建立乌桕梓油脱胶的拟合模型
• 3.2.3 响应曲面分析
• 3.2.4 数学模型的验证
• 3.2.5 乌桕梓油碱炼脱酸工艺的确定
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 纳米磁性固体催化剂的研制与表征
• 引言
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料和试剂
• 4.1.2 主要仪器和设备
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 纳米磁性固体催化剂的表征
• 4.2.1 纳米磁性固体催化剂比表面积的测定
• 4.2.2 纳米磁性固体催化剂的XRD
• 4.2.3 纳米磁性固体催化剂的红外光谱分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 纳米磁性固体催化剂比表面积的测定
• 4.3.2 纳米磁性固体催化剂的XRD分析
• 4.3.3 纳米磁性固体催化剂的红外光谱分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 纳米磁性固体催化剂催化乌桕梓油制备生物柴油的研究
• 引言
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 材料和试剂
• 5.1.2 主要仪器和设备
• 3.1.3 实验原理
• 5.1.4 乌桕梓油甲酯化工艺路线与技术
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 催化剂浓度对生物柴油酯化率的影响
• 5.2.2 醇油摩尔比对酯化率的影响
• 5.2.3 反应温度对生物柴油酯化率的影响
• 5.2.4 反应时间对生物柴油酯化率的影响
• 5.2.5 生物柴油制备的二次回归正交旋转组合试验设计
• 5.2.6 建立生物柴油制备的拟合模型
• 5.2.7 响应曲面分析
• 5.2.8 数学模型的验证
• 5.2.9 纳米磁性固体催化剂的使用寿命和再生
• 5.2.10 水分对纳米磁性固体催化剂催化反应的影响
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 纳米磁性固体催化剂反应动力学研究
• 引言
• 6.1 酯交换反应机理
• 6.2 反应动力学方程的确定
• 6.2.1 反应动力学参数的确定
• 6.2.2 酯交换反应活化能的计算
• 6.3 小结
• 参考文献
• 第七章 固定化酶包衣的制备研究
• 引言
• 7.1 表面活性剂包衣酶
• 7.2 材料与方法
• 7.2.1 材料和试剂
• 7.2.2 主要仪器和设备
• 7.2.3 表面活性剂的合成
• 7.2.4 固定化酶的包衣
• 7.2.5 包衣剂的红外光谱分析
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 包衣剂的红外光谱分析
• 7.3.2 固定化酶包衣前后催化酯化率比较
• 7.4 小结
• 参考文献
• 第八章 固定化包衣酶催化乌桕梓油制备生物柴油的研究
• 引言
• 8.1 材料与方法
• 8.1.1 材料和试剂
• 8.1.2 主要仪器和设备
• 8.1.3 实验原理和实验方法
• 8.2 结果与讨论
• 8.2.1 有机溶剂的选择
• 8.2.2 溶剂正己烷用量对生物柴油酯化率的影响
• 8.2.3 乳化处理对反应时间、酯化率及反应时间对生物柴油酯化率的影响
• 8.2.4 醇油摩尔比对生物柴油酯化率的影响
• 8.2.5 固定化包衣酶用量对生物柴油酯化率的影响
• 8.2.6 水分对生物柴油酯化率的影响
• 8.2.7 反应温度对生物柴油酯化率的影响
• 8.2.8 乌桕梓油生物柴油制备的二次回归正交旋转组合试验设计
• 8.2.9 固定化酶的使用寿命
• 8.3 小结
• 参考文献
• 第九章 固定化包衣酶催化制备生物柴油反应动力学研究
• 引言
• 9.1 动力学模型参数的确定
• 9.2 动力学参数的确定
• 9.3 小结
• 参考文献
• 第十章 乌桕梓油生物柴油流变学特性研究
• 引言
• 10.1 材料与方法
• 10.1.1 材料和试剂
• 10.1.2 主要仪器和设备
• 10.1.3 粘度测试原理
• 10.1.4 实验方法
• 10.2 结果与讨论
• 10.2.1 生物柴油浓度与粘度的关系
• 10.2.2 剪切力变化对生物柴油粘度的影响
• 10.2.3 搅拌时间对生物柴油粘度的影响
• 10.2.4 温度变化对生物柴油粘度的影响
• 10.3 小结
• 参考文献
• 第十一章 乌桕梓油生物柴油特征及成分的测定与分析
• 引言
• 11.1 材料与方法
• 11.1.1 材料和试剂
• 11.1.2 主要仪器和设备
• 11.1.3 指标检测方法
• 11.1.4 样品的红外检测
• 11.1.5 生物柴油产品分析
• 11.2 结果与讨论
• 11.2.1 乌桕梓油生物柴油产品的红外光谱分析
• 11.2.2 乌桕梓油生物柴油产品化学成分检测结果与分析
• 11.2.3 乌桕梓油生物柴油的理化指标检测结果与分析
• 11.3 小结
• 参考文献
• 第十二章 生物柴油副产物甘油的分离与精制研究
• 引言
• 12.1 材料和方法
• 12.1.1 材料和试剂
• 12.1.2 仪器与设备
• 12.1.3 实验方法
• 12.2 结果与讨论
• 12.2.1 pH值对粗甘油回收的影响
• 12.2.2 活性炭脱色
• 12.2.3 树脂对甘油的精制
• 12.2.4 蒸馏脱水的条件
• 12.3 小结
• 参考文献
• 第十三章 市场前景及经济社会效益分析
• 引言
• 13.1 纳米磁性固体催化剂和固定化包衣酶催化乌桕梓油制备生物柴油比较
• 13.2 生物柴油工艺流程
• 13.3 经济效益分析
• 13.3.1 投资估算
• 13.3.2 经济效益估算
• 13.3.3 年销售收入及有关计算分析
• 13.4 社会效益分析
• 第十四章 结论与建议
• 14.1 结论
• 14.2 主要创新点
• 14.3 研究展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间取得的学术成果