萃取—酯交换—分离偶联技术制备生物柴油

论文摘要

随着世界范围内能源危机和环境问题的日益凸现,生物柴油作为一种可再生的环境友好型的替代能源受到世界各国研究者的广泛关注。传统生物柴油的生产过程复杂,先后经过原料油的提取、酯交换反应制备生物柴油、催化剂的回收分离等步骤,其中原料油脂的提取精制以及催化剂的分离成本在很大程度上限制了生物柴油的广泛生产和使用。因此本文针对目前生物柴油生产中存在的问题,对生物柴油的生产工艺和方法进行了探索和研究,利用DBU即1,8-二氮杂二环-双环（5,4,0）-7-十一烯将生物柴油的原料油脂萃取、催化酯交换反应、后续分离步骤偶联在一个体系中,以期为生物柴油的生产新工艺提供科学指导与技术支撑。首先,考察了DBU作为催化剂催化酯交换反应制备生物柴油的效果。分别以甲醇和乙醇为原料与大豆油进行酯交换反应,确定的工艺条件为：催化剂（DBU）的质量浓度为油重的10%,反应醇（甲醇）油比为7：1,反应时间为2h,反应温度60℃,生物柴油的得率达99.01%。甲醇较乙醇的反应条件要求温和,产物得率高,因此证明DBU能够作为一种酯交换反应的催化剂催化甲醇与油脂反应制备生物柴油。其次,研究了以麻疯树籽仁为原料、DBU作为萃取溶剂兼催化剂进行原位萃取-酯交换反应制备生物柴油,对其工艺条件进行了优化,并确定了最佳反应条件：醇油质量比6：1,DBU的质量浓度为10%,温度为60℃,时间为3h,生物柴油得率高达98.96%,萃取率达99.13%。通过利用DBU的极性可逆转化性质,向反应结束后的生物柴油相中通入CO2使DBU转化为离子液体而达到与油相的分离,最佳分离条件为醇与DBU的摩尔比2：1,反应温度25℃,反应时间10mmin,气体流量50mL/min, DBU的转化率达到99.79%,生物柴油相中DBU被分离。同时,甘油相中的DBU可以通过继续利用其催化性质使甘油与甘三酯反应生成单甘酯和甘二酯,然后继续利用之前的方法使其与酯相分离。在甘油的转化试验中的最佳反应条件为：甘三酯与甘油的摩尔比3：1,反应时间2h,反应温度40℃。经薄层分析证明甘油反应完全。最后,继续利用DBU的极性可逆转化性质,通过向极性的重碳酸盐离子液体中通入N2将CO2排出,使其转化为非极性的DBU,进而实现DBU的回收重复利用。确定最佳转化条件为反应温度60℃,反应时间30mmin,气体流量50mL/min,DBU的回收率96.41%,即DBU几乎全部回收。然后,利用回收得到的DBU进行催化甲醇与大豆油的酯交换反应制备生物柴油,生物柴油的得率仍然很高,可达到95.28%。研究结果表明DBU的回收重复性较好,萃取、酯交换反应、分离的过程能够利用DBU偶联在一个体系中进行,达到了简化生物柴油生产流程、降低成本的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 生物柴油的研究现状及意义
• 1.1.1 生物柴油的化学组成及特性
• 1.2 生物柴油的生产工艺
• 1.2.1 生物柴油生产中原料的选择
• 1.2.2 原料油的提取方法
• 1.2.3 生物柴油的制备方法
• 1.2.4 酯交换反应中催化剂的选择
• 1.2.5 酯交换反应在单甘酯、甘二酯生产中的应用
• 1.3 原位酯交换反应
• 1.3.1 原位催化酯交换技术
• 1.3.2 超临界原位酯交换技术
• 1.4 DBU的研究进展
• 1.4.1 DBU的结构与性质
• 1.4.2 DBU的应用
• 1.5 本课题的研究方案
• 1.5.1 本课题的研究内容
• 1.5.2 本课题的研究意义
• 2 DBU催化甲醇/乙醇与大豆油反应生产生物柴油
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与试剂
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验仪器
• 2.3 实验装置
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 大豆油的理化性质测定
• 2.4.2 DBU催化甲醇/乙醇与大豆油反应生成生物柴油
• 2.5 分析方法
• 2.5.1 薄层层析（TLC）定性分析
• 2.5.2 气相色谱法定量分析
• 2.6 实验结果与讨论
• 2.6.1 大豆油理化指标的测定结果
• 2.6.2 TLC分析结果
• 2.6.3 DBU催化甲醇酯交换反应条件的确定
• 2.6.4 DBU催化乙醇酯交换反应条件的确定
• 2.7 小结
• 3 利用DBU原位萃取-酯交换反应制备生物柴油
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与仪器
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验仪器
• 3.3 实验装置
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 测定麻疯树籽仁的含油量
• 3.4.2 麻疯树籽油理化性质及脂肪酸组成分析
• 3.4.3 DBU原位萃取-酯交换反应
• 3.4.4 液体产物的处理
• 3.4.5 固体粉末的处理
• 3.5 分析方法
• 3.5.1 测定麻疯树籽仁的含油量
• 3.5.2 薄层色谱定性分析
• 3.5.3 结果计算分析
• 3.6 实验结果与讨论
• 3.6.1 索氏萃取麻疯树籽油结果
• 3.6.2 麻疯树籽油的理化特性及脂肪酸组成
• 3.6.3 利用DBU原位萃取-酯交换反应制备生物柴油条件的确定
• 3.7 小结
• 4 DBU的分离回收
• 4.1 引言
• 4.2 实验试剂与仪器
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验装置
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 生物柴油相中DBU的分离
• 4.3.2 甘油相中DBU的分离
• 4.3.3 DBU的回收
• 4.4 分析方法
• 4.4.1 DBU在两相中的比例分析
• 4.4.2 DBU的转化效果分析
• 4.4.3 甘油转化效果分析
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.5.2 各因素对生物柴油相中DBU转化率的影响
• 4.5.3 各因素对甘油转化效果影响
• 4.5.4 不同因素对DBU回收率的影响
• 4.6 小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢