固体碱催化废弃煎炸油制备生物柴油的研究

摘要

人类对能源需求量的增加和矿物资源的短缺以及环境保护的必要性产生的矛盾迫切要求寻找环境友好的可再生能源。生物柴油，即由植物油脂或动物脂肪与甲醇等低碳醇进行反应生成的脂肪酸甲酯(FAME)，作为典型的“绿色能源”，具有含硫量低，燃烧排出的二氧化硫、硫化物等有害气体比化石燃料少，原料来源广泛，可再生性高等优点，是理想的替代燃料。本研究合成了不同类型的钙基固体碱催化剂，并将其用于废弃煎炸油(WFO)制备生物柴油，探讨了原料油的预处理过程，催化剂的制备、表征以及催化剂活性组分的流失等问题，主要研究成果有：
　　 (1)对废弃煎炸油进行了纯化。餐饮加工过程中产生的废弃煎炸油成分复杂且游离脂肪酸含量较高，酸值为1.200～1.900 mgKOH·g-1(油)，经脱胶、脱酸以及脱色处理，不同批次原料油处理后酸值在0.256～0.874 mgKOH·g-1(油)范围内，皂化值在196.8～198.7 mgKOH·g-1(油)之间，平均相对分子量为848.5～859.0 g·mol-1，满足生物柴油对原料油的要求。
　　 (2)合成了不同类型的钙基催化剂，比较了其催化废弃煎炸油制生物柴油的效果。通过沉淀法制备了具有特殊介孔球结构的CaCO3，经过高温煅烧得到本实验所用的钙基催化剂的前驱体。利用研磨法、共沉淀法和等体积浸渍法制备了KF/CaO、CaO-Al2O3、CaO-硅藻土和CaO-MgO4个体系的固体碱催化剂，并将其用于催化废弃煎炸油制备生物柴油中。结果显示采用研磨法制备的CaO-A12O3(4.5:1)的催化剂具有最好的催化效果。在常规反应条件下(醇油比9:1、催化剂用量3wt％、反应时间40～60 min、反应温度60～65℃、m(正己烷)：m(油)=0.6)，生物柴油产率达98％以上。催化剂具有很好的稳定性，使用后不做处理，直接用于下一次酯交换反应，可重复使用70次。CaO-Al2O3(4.5:1)的催化剂的SEM和BET结果显示催化剂呈多孔网状结构，比表面积为15.971 m2·g-1，XRD显示CaO和Al2O3键合生成新晶相钙铝石Ca12Al14O33。
　　 (3)所制备的生物柴油的质量达到生物柴油调合燃料(B5)国家标准(GB/T25199-2010)的要求。根据GB/T25199-2010进行生物柴油产品检测，得到生物柴油的密度为880 kg·m-3，冷滤点为3℃，闭口闪点为80℃，运动粘度为6.790mm2·s-1(20℃)，十六烷值45，满足国标要求。另外，通过ICP-AES考察固相催化剂中Ca2+的流失情况，结果表明尽管CaO-Al2O3复合催化剂的催化性能远远高于CaO自身，但是Al2O3的加入并未对ca2+的流失起到抑制作用。