酱油渣油脂制备生物柴油关键清洁生产技术研究

【摘要】：全球性能源短缺、环境恶化、温室气体的大量排放导致全球气候变暖等环境问题日益严重,减少化石能源的使用,开发新能源已成全球共识,风能、太阳能、地热能,生物质能等此类清洁能源已成为世界各国研究开发的重点。生物柴油是生物质能的一种,其主要成分是脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯,主要由动植物油脂通过酯交换方法制备。生物柴油燃烧比石化柴油燃烧充分,且可减少78%的C02、90%的可吸收性颗粒物的排放,对环境友好,是目前世界各国研究的热点。本文以酱油渣为原料来制备生物柴油,酱油渣含有大量油脂,可用于制备生物柴油。 将酱油渣烘干粉碎,以石油醚(60-90℃C)和80%vol乙醇混合液为溶剂,以油脂提取率为标准,通过单因素和正交试验来确定油脂的最佳提取工艺；合成三种酸性离子液体,以酯化率、酯交换率为衡量因素,选择催化性能最佳的酸性离子液体；以酯化率,酯交换率为衡量因素,通过单因素和正交试验来确定油脂最佳的酯化和酯交换工艺；用气相色谱法和国家标准所推荐的方法对制备的生物柴油样品的组成和理化性质进行分析。全文结果如下： 确定从酱油渣中提取油脂的最佳工艺为：温度为65℃、提取时间为4h、液料比为9的条件下油脂的提取率可达到68.61%。各因素影响大小依次为：温度提取时间液料比。通过GC-MC分析,提取出的毛油主要成分为：棕榈酸为9.71%、亚油酸为53.34%、油酸为31.04%、硬脂酸4.61%和花生酸0.42%。经测定,烘干的酱油渣粗纤维含量为7.8%,粗脂肪含量为23.6%,盐分的含量为1.9%,灰分的含量为8.6%。 本实验制备1-甲基-3-(3-磺酸基丙基)咪唑硫酸氢盐([HSO3-pmim]+[HSO4]-)、N-甲基咪唑硫酸氢盐([Hmim]+[HSO4]-)、1-甲基-3-(3-磺酸基丙基)咪唑对甲苯磺酸盐([HSO3-pmim]+[PTSA]-)三种酸性离子催化剂,在反应条件相同的情况下,催化酱油渣油脂进行酯化酯交换反应,三种离子液体中以[HSO3-pmim]+[HSO4]-的催化性能最佳,且具有很高的稳定性。循环使用6次,酯化率和酯交换率都在90%以上,选择其作为制备生物柴油的催化剂。 以酸性离子液体[HSO3-pmim]+[HSO4]-作为催化剂,催化酱油渣油脂进行酯化和酯交换反应,确定最优酯化反应工艺：温度70℃、酸性离子液体：游离脂肪酸(mol/mol)为0.7、反应时间为90rmin、甲醇：游离脂肪酸(mol/mol)为5:1,其酯化率的可达98.33%。在其影响因素中,温度对酯化率的影响最大,且影响显著,其次分别为反应时间、甲醇用量、酸性离子液体用量,这三者对酯化率影响不显著。最优酯交换工艺：温度70℃、反应时长为200mmin、酸性离子液体：总脂肪酸(mol/mol)为0.20、甲醇：总脂肪酸(]mol/mol)为7：1,其酯交换率可达98.73%。在其影响因素中,温度对酯化率的影响最大,且影响显著,其次分别为反应时间、甲醇用量、酸性离子液体用量,这三者对酯化率影响不显著。[HSO3-pmim]+[HSO4]-在循环使用6次的情况下,酯化率,酯交换率均在90%以上,[HSO3-pmim]+[HSO4]的催化性能稳定。 制备的生物柴油样品经气相色谱分析,其主要成分是脂肪酸甲酯,其中亚油酸甲酯为53.43%、油酸甲酯为31.09%、棕榈酸甲酯为9.71%,花生酸甲酯为4.65%。检测各项理化指标符合GB/T20828-2007的标准,有些指标已达到欧盟EN14214的标准,所制备的生物柴油样品的十六烷值、密度、运动粘度、氧化安定性、90%回收温度等性质和一般生物柴油的相近。 【关键词】：生物柴油 酱油渣 酸性离子液体 酯交换反应 酯化反应
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-27
• 引言11-12
• 1.1 生物柴油的概述12
• 1.2 生物柴油的特性12-14
• 1.2.1 生物柴油的性质12-13
• 1.2.2 生物柴油的优点13-14
• 1.3 制备生物柴油的原料14-16
• 1.3.1 植物油脂14-15
• 1.3.2 动物油脂15
• 1.3.3 餐饮废弃油脂15-16
• 1.4 生物柴油的制备方法16-22
• 1.4.1 酯交换法17-21
• 1.4.2 高温裂解法21
• 1.4.3 微乳化法21-22
• 1.4.4 直接混合法22
• 1.5 国内外生物柴油发展概况22-24
• 1.5.1 国外生物柴油发展概况22-23
• 1.5.2 国内生物柴油发展现状23-24
• 1.6 利用酱油渣油脂制备生物柴油的意义24-25
• 1.7 研究的主要内容25-26
• 1.8 特色和创新之处26-27
• 第2章 酱油渣油脂提取工艺研究27-37
• 引言27
• 2.1 材料与方法27-30
• 2.1.1 材料及试剂27-28
• 2.1.2 仪器及设备28
• 2.1.3 检测方法28
• 2.1.4 脂肪酸组成的测定28-29
• 2.1.5 酱油渣油脂提取的工艺流程29
• 2.1.6 酱油渣油脂提取率的计算方法29-30
• 2.2 结果与讨论30-36
• 2.2.1 酱油渣中主要成分30
• 2.2.2 酱油渣油脂中脂肪酸组成30-31
• 2.2.3 影响油脂提取率的单因素试验结果31-34
• 2.2.4 酱油渣油脂提取工艺的优化34-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第3章 催化剂的选择37-44
• 引言37
• 3.1 材料和方法37-40
• 3.1.1 材料与试剂37-38
• 3.1.2 仪器设备38
• 3.1.3 酸性离子液体的制备38-39
• 3.1.4 酸性离子液体催化预酯化反应39-40
• 3.1.5 酸性离子液体催化酯交换反应40
• 3.1.6 酯化率和酯交换率的计算方法40
• 3.2 结果与讨论40-43
• 3.2.1 酸性离子液体催化酯化反应性能的考察40-41
• 3.2.2 [HSO_3-pmim]~+[HSO_4]]~-催化预酯化反应的稳定性41-42
• 3.2.3 酸性离子液体催化酯交换反应的性能考察42
• 3.2.4 [HSO_3-pmim]~+[HSO_4]~-催化酯交换的稳定性42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 酸性离子液体催化酱油渣油脂制备生物柴油44-61
• 引言44
• 4.1 材料与方法44-47
• 4.1.1 材料及试剂44-45
• 4.1.2 仪器和设备45
• 4.1.3 酱油渣油脂预酯化实验过程及工艺流程45-46
• 4.1.4 酱油渣油脂酯交换实验过程及工艺流程46
• 4.1.5 真空蒸馏的条件46-47
• 4.2 结果与讨论47-59
• 4.2.1 影响酱油渣油脂预酯化反应酯化率的单因素试验结果47-50
• 4.2.2 酱油渣油脂预酯化反应条件的优化50-52
• 4.2.3 催化剂的稳定性52
• 4.2.4 影响酯交换的单因素试验结果52-56
• 4.2.5 酱油渣油脂酯交换反应条件的优化56-58
• 4.2.6 催化剂的稳定性58-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第5章 生物柴油理化特性及脂肪酸组成的测定与分析61-69
• 引言61
• 5.1 材料与方法61-62
• 5.1.1 材料和试剂61
• 5.1.2 仪器和设备61
• 5.1.3 主要指标的检测方法61-62
• 5.1.4 主要指标的检测方法62
• 5.2 结果与讨论62-68
• 5.2.1 酱油渣油脂脂肪酸组成检测结果与分析62-63
• 5.2.2 酱油渣油脂生物柴油产品的理化特性检测结果与分析63-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-72
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76

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