废油脂酶法清洁制备生物柴油工艺研究

论文摘要

能源和环境问题已成为人们日益关注的热点。近年来,一方面,国际油价的上涨和人们环保意识的增强迫使各个国家发展绿色可再生的替代能源;另一方面,污染环境、危害人们健康的废油脂急于寻求新的解决办法。以废油脂为原料生产生物柴油是解决这些问题的根本途径,它不仅可以降低废油脂对环境的危害,遏制废油脂非法利用的途径,而且可以大大降低生物柴油的生产成本,还可得到绿色环保可再生的能源燃料,具有重要的环保、经济和生态等多重效益。本论文初步研究了油脂煎炸质变、脂肪酶的固定化以及化学法和酶法分别催化废油脂生产生物柴油的工艺优化四个方面的内容,主要得到如下结论:1.大豆油高温煎炸质变的过程模拟研究,发现:大豆油在180℃左右间断煎炸约13h左右羰基价即超过了国家煎炸油标准,应作废弃油处理;油脂煎炸后脂肪酸饱和/不饱和的组成发生了变化。2.废油脂酯化-酯交换两步化学法制备生物柴油的工艺优化研究,发现:在醇油物质的量比16.5～17.5、浓H2SO4加入量4.2%～4.6%（油重）、反应时间1.6～2.0h和反应温度57～62℃的酯化预处理优化条件下,废油脂的酸值可降至小于2mgKOH/g的水平。降酸值后再经碱催化酯交换即可制得比较理想的生物柴油样品。3.对KGM固定化脂肪酶工艺和性质进行研究,发现:在乳化剂SP-60添加量0.6%KGM、用Ca（OH）2调节pH值至11.0、酶液加入量0.3ml/gKGM以及低温通风干燥的条件下,所得固定化酶的活力为51.26U/g;固定化酶的最适反应温度为35℃～55℃,最适反应pH值为5.5和7.7;4℃冰箱中存储酶的活力增大,45d后达到最大;扫描电镜表明:脂肪酶和所添加的辅料在载体中分布均匀,载体结构比较致密。4.采取反应前用油脂将自制的固定化脂肪酶浸泡过夜、加入适量的水、有机溶剂以及分批次加入甲醇等措施均有利于酯交换反应的进行,反应结束后脂肪酶无需任何处理即可直接用于下一次反应,可以被反复使用多次。二次正交旋转组合试验设计和响应面法对酶催化废油脂制备生物柴油工艺参数进行优化,在反应温度41～44℃、反应时间13.1～13.8h、醇油物质的量比2.2～2.3、加水量7.8%～9.7%和加酶量21.4%～23.1%条件下,分三次添加甲醇,可得到比较理想的生物柴油样品。5.废油脂经酶法和化学法制得的生物柴油样品,其主要理化指标符合现行美国和欧盟生物柴油标准。综合考虑经济、环境和社会等效益,化学法是废油脂生产生物柴油近期的方法,酶法是废油脂生产生物柴油长远的理想方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 废油脂的现状
• 1.1.1 废油脂的来源、性状及危害
• 1.1.2 废油脂的再生和利用
• 1.1.3 废油脂生产生物柴油的可行性
• 1.2 脂肪酶概述
• 1.2.1 脂肪酶的固定化
• 1.2.2 脂肪酶促酯交换反应的催化机理
• 1.2.3 用于制备生物柴油脂肪酶的筛选
• 1.3 生物柴油概述
• 1.3.1 生物柴油发展简史
• 1.3.2 生物柴油的优缺点
• 1.3.3 生物柴油的生产方法
• 1.3.4 生物柴油的生产和应用概况
• 1.4 废油脂制备生物柴油的研究情况
• 1.4.1 酸催化法制备生物柴油
• 1.4.2 碱催化法制备生物柴油
• 1.4.3 生物酶法制备生物柴油
• 1.5 存在问题
• 第二章 油脂高温煎炸质变过程的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 主要仪器设备
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.4 感观分析
• 2.1.5 统计分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 油脂煎炸过程的感官分析
• 2.2.2 油脂煎炸过程理化指标的变化
• 2.2.3 油脂煎炸过程理化指标之间的相关分析
• 2.2.4 煎炸前后油脂中各脂肪酸组成的变化
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 废油脂化学法制备生物柴油工艺研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 主要仪器设备
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 酯化反应的单因素实验
• 3.2.2 废油脂酯化反应工艺的优化
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 废油脂酶法制备生物柴油工艺研究
• 4.1 魔芋葡甘聚糖固定化脂肪酶工艺研究
• 4.1.1 材料与方法
• 4.1.2 结果与分析
• 4.1.3 讨论
• 4.1.4 小结
• 4.2 固定化酶催化制备生物柴油工艺研究
• 4.2.1 材料与方法
• 4.2.2 结果与分析
• 4.2.3 讨论
• 4.2.4 小结
• 第五章 讨论与结论
• 5.1 酶法和化学法制备生物柴油的对比讨论
• 5.1.1 原料油脂预处理方面
• 5.1.2 反应工艺方面
• 5.1.3 反应后产物净化处理方面
• 5.1.4 所得生物柴油样品的理化特性方面
• 5.2 结论
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介