固定化脂肪酶催化酯交换反应合成生物柴油的研究

论文摘要

生物柴油,即脂肪酸甲酯,是以动植物油为原料生产的可再生绿色能源。目前生物柴油的工业化生产均采用化学法,这种方法存在醇必须大大过量、能耗高、产物难于回收和废碱液污染环境等缺点,并且对原料的要求高,导致生产成本过高。为此,酶法生产生物柴油在国内外受到广泛关注,酶法生产生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、产物易分离和无污染排放等优点。目前国内酶法相关的研究主要集中在精制豆油方面,而对其它丰富的植物油尚未触及。因此,本文选取棉籽油、沙蒿油为原料对固定化脂肪酶（Candida Antarctica）催化制取生物柴油的酯交换反应条件进行了较为系统的研究,具体工作如下:（1）首次以沙蒿多糖-壳聚糖复合磁性微球为载体,采用物理吸附法固定化脂肪酶,对固定化过程中对酶活力有影响的各种因素做了研究,对固定化酶做了部分表征,以及对固定化酶的部分理化性质最佳PH,最佳温度,酶的热稳定性以及表观米氏常数与游离酶的做了比较,固定化酶的Km小于游离酶的Km,固定化酶的最佳PH和最佳温度分别为8.0和50℃,而且固定化脂肪酶具有良好的热稳定性,可重复使用。（2）对固定化脂肪酶催化棉籽油和沙蒿油制备生物柴油进行了条件实验。通过条件实验,得出:反应时间36h,反应温度在45℃时,生物柴油转化率达到最高;当固定化酶浓度为5mg/25ml,生物柴油转化率已达峰值;当反应体系的醇油比为3:1时,生物柴油转化率达到最大,反应12h分别达到53.0%和29.1%,增加或减小醇油比转化率均下降;两种原料均不适合加入水分;正己烷、石油醚、乙醚三种不同有机溶剂中,正己烷可显著提高酶的活性,而体系不加有机溶剂时,酶几乎失去催化活性;在醇油比为3:1,甲醇投加总量一致的情况下,甲醇一次性加入时反应转化率较低,当总反应时间为24h时,甲醇分3次投加,转化率可达到最大85.9%和74.3%,如果再增加醇投加次数,反应转化率无明显变化;摇床转速达到200rpm-250rpm时,转化率达到最高值。最终通过试验确定了最佳方案为:油酯/甲醇=1:3 （mol:mol） ,分三次等摩尔加入,酶溶液浓度5/25（mg/ml）,以正己烷为溶剂,加入一定量的变色硅胶,反应时间为36h,温度45℃,转速200rmp-250rmp,棉籽油的转化率达到92.1%,沙蒿油的转化率达到75.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 生物柴油的概况
• 1.2.1 生物柴油的特性
• 1.2.2 生物柴油的生产方法
• 1.2.2.1 直接混合法
• 1.2.2.2 微乳液法
• 1.2.2.3 高温热裂解
• 1.2.2.4 酯交换反应法
• 1.2.2.4.1 酸催化酯交换
• 1.2.2.4.2 碱催化酯交换
• 1.2.2.4.3 酶催化酯交换
• 1.2.2.4.4 多相催化酯交换
• 1.2.2.4.5 均相体系催化酯交换
• 1.2.2.4.6 超临界催化酯交换
• 1.2.2.5 制备方法的优劣对比
• 1.2.3 生物柴油的发展现状
• 1.3 脂肪酶的固定化
• 1.3.1 游离酶的缺点
• 1.3.2 固定化酶的提出及优点
• 1.3.3 固定化方法
• 1.3.3.1 吸附法
• 1.3.3.2 包埋法
• 1.3.3.3 共价键结合法
• 1.3.3.4 交联法
• 1.3.4 固定化脂肪酶的研究进展
• 1.4 本论文的意义及主要内容
• 参考文献
• 第二章 复合磁性微球固定化脂肪酶的制备
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验原料与设备
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 复合磁性微球的制备与表征
• 2.2.2.2 固定化脂肪酶的制备
• 2.2.2.3 酶活力的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 复合磁性微球表征
• 2.3.1.1 扫描电镜
• 2.3.1.2 DSC 分析
• 2.3.2 固定化酶反应条件的研究
• 2.3.2.1 给酶量的确定
• 2.3.2.2 固定化时间的确定
• 2.3.2.3 固定化反应pH 值对固定化酶活力的影响
• 2.3.3 固定化脂肪酶的理化性质测定
• 2.3.3.1 pH 值对酶活力影响（最适 pH 的测定）
• 2.3.3.2 温度对酶活力的影响
• 2.3.3.3 固定化酶的操作稳定性
• 2.3.3.4 固定化酶的热稳定性
• 2.3.3.5 表观米氏常数的测定
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 棉籽油在固定化脂肪酶催化下合成生物柴油的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 试验方法
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.4.1 原料油理化性质的分析
• 3.2.4.2 生物柴油中脂肪酸甲酯的分析方法
• 3.2.4.3 生物柴油转化率的计算
• 3.3 实验方案
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 气质联用仪测试结果分析
• 3.4.2 反应时间的确定
• 3.4.3 反应温度对酯交换反应的影响
• 3.4.4 醇油摩尔比对酯交换反应的影响
• 3.4.5 水分含量对酯交换反应的影响
• 3.4.6 溶剂对酯交换反应的影响
• 3.4.7 酶溶液浓度对酯交换反应的影响
• 3.4.8 甲醇加入方式对酯交换的影响
• 3.4.9 转速对反应的影响
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 沙蒿油在固定化脂肪酶催化下制备生物柴油的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 试验方法
• 4.2.4 分析方法
• 4.3 实验方案
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 气质联用仪测试结果分析
• 4.4.2 反应时间的确定
• 4.4.3 反应温度对酯交换反应的影响
• 4.4.4 醇油摩尔比对酯交换反应的影响
• 4.4.5 水分含量对酯交换反应的影响
• 4.4.6 溶剂对酯交换反应的影响
• 4.4.7 酶溶液浓度对酯交换反应的影响
• 4.4.8 甲醇加入方式对酯交换的影响
• 4.4.9 转速对反应的影响
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 试验结论
• 5.2 论文创新之处
• 5.3 研究展望
• 硕士在读期间发表论文及科研成果
• 致谢