餐饮废油乙酯生物柴油的制备及其润滑性能研究

摘要

生物柴油具有与石化柴油相近的燃烧特性，作为一种清洁、可再生的石化柴油替代燃料已备受关注。目前制约生物柴油商业化大批量生产的瓶颈问题是其生产成本高，包括原料成本高，制备工艺路线复杂。餐饮废油的主要成分是动植物油，以餐饮废油为原料制备生物柴油，不仅可以降低生物柴油的成本，同时在食品安全以及环境保护方面，都具有积极的意义。本学位论文开展了以餐饮废油和乙醇为原料，制备乙酯生物柴油的研究。考察了餐饮废油前处理工艺、酯交换反应及其动力学、生物柴油理化特性和润滑特性。
　　 (1)考察了餐饮废油的理化特性和脱水后餐饮废油的衰败过程。结果表明，随着储存时间的延长，餐饮废油酸值不断升高，密度逐渐降低，储存15天后餐饮废油的性质趋于稳定。
　　 (2)研究了餐饮废油的脱色和降酸工艺。结果表明，用高岭土对餐饮废油脱色的最佳工艺条件是：高岭土添加量为餐饮废油质量的10wt％，脱色温度为80℃，脱色时间为30min；通过对萃取、碱炼、预酯化三种降酸方法的比较，确定硫酸催化酯化法是最有效的降酸方法。其最佳工艺条件是：醇酸摩尔比20∶1，催化剂用量为油重的2.0wt％，反应温度为90℃，反应时间为1h。在此条件下游离脂肪酸转化率达到90.65％。
　　 (3)研究了餐饮废油与乙醇在KOH催化剂作用下进行酯交换反应的工艺，以及助溶剂体系下的该酯交换反应动力学。结果表明，餐饮废油与乙醇酯交换最佳工艺条件为：醇油摩尔比为12∶1，反应温度为78℃，反应时间为1.5h，催化剂用量为油重的1.25％；利用四氢呋喃做助溶剂能形成稳定的均相体系可将餐饮废油转化率提升至90％左右，此时，餐饮废油与乙醇酯交换反应的为准二级反应，活化能为7.056kJ/mol。
　　 (4)研究了餐饮废油乙酯生物柴油的理化性能和稳定性。结果表明，生物柴油的主要指标符合国家标准。但由于生物柴油的粘度高和燃烧热值低等指标的限制，柴油中乙酯生物柴油的调和比不宜高于20％；生物柴油在一定范围内含水量越少、储存温度越低，其稳定性越好。生物柴油在较高温度下，易于氧气发生反应，导致生物柴油酸值升高，粘度增大。添加抗氧剂A能在明显提高生物柴油的氧化稳定性。
　　 (5)通过MQ-800型四球摩擦磨损试验机评定了生物柴油的润滑性。结果表明，生物柴油的润滑性优于0＃柴油。采用SEM和XPS对摩擦副的表面形貌、元素组成及价态进行了分析。研究发现：在摩擦过程中生物柴油的极性脂肪酸乙酯分子以物理吸附和化学吸附的形式参与形成了边界润滑膜，并在摩擦副表面生成具有润滑作用的聚酯膜。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章 绪论

1.1生物柴油的基本概念、性质

1.2餐饮废油的基本特性及危害

1.2.1餐饮废油的定义

1.2.2餐饮废油的危害

1.2.3餐饮废油的利用

1.3生物柴油的国内外研究进展

1.3.1工艺

1.3.2催化剂

1.3.3原料

1.4生物柴油润滑性研究

1.5本课题的主要研究内容及意义

1.5.1课题来源

1.5.2研究内容

1.5.3研究意义

第二章 餐饮废油前处理

2.1材料和方法

2.1.1材料

2.1.2仪器

2.1.3实验原理及方法

2.1.4测试方法

2.2餐饮废油储存稳定性

2.3餐饮废油脱色

2.3.1高岭土的孔径分布

2.3.2餐饮废油的最大吸收波长

2.3.3高岭土脱色工艺

2.3.4餐饮废油脱色前后性质比较

2.4餐饮废油降酸

2.4.1萃取降酸

2.4.2碱炼降酸

2.4.3酯化降酸

2.4.4三种降酸方法的比较

2.5本章小结

第三章 餐饮废油与乙醇酯交换制备生物柴油及其动力学

3.1材料和方法

3.1.1仪器与试剂

3.1.2实验方法

3.2餐饮废油与乙醇酯交换制备生物柴油

3.2.1醇油摩尔比的酯交换的影响

3.2.2催化剂用量的酯交换的影响

3.2.3反应温度对酯交换的影响

3.2.4反应时间的影响

3.2.5酯交换实验参数优化

3.3四氢呋喃对酯交换转化率的影响

3.3四氢呋喃体系下酯交换反应动力学

3.3.1动力学模型的建立

3.3.2酯交换动力学参数的确定

3.3.3酯交换活化能

3.4本章小结

第四章 餐饮废油制备的生物柴油的理化性质

4.1实验材料及方法

4.1.1生物柴油指标的测定方法及仪器

4.1.2乙酯生物柴油的储存安定性

4.1.3生物柴油氧化安定性

4.2生物柴油与柴油调和燃料的性质

4.2.1密度

4.2.2运动粘度

4.2.3酸值

4.2.4开口闪点

4.2.5机械杂质

4.2.6水分

4.2.7凝点

4.2.8硫含量

4.2.9铜片腐蚀

4.3生物柴油的储存稳定性

4.3.1生物柴油挥发性

4.3.2水分对生物柴油稳定性的影响

4.3.3储存温度对生物柴油稳定性的影响

4.3.4储存容器对生物柴油稳定性的影响

4.3.5抗氧剂A对生物柴油稳定性的影响

4.4生物柴油氧化安定性

4.5本章小结

第五章 餐饮废油乙酯生物柴油润滑性研究

5.1实验材料及方法

5.1.1材料与仪器

5.1.2测试表征

5.2结果与讨论

5.2.1乙酯生物柴油的极压性

5.2.2乙酯生物柴油的摩擦因数

5.2.3乙酯生物柴油的抗磨性

5.2.4游离脂肪酸对生物柴油润滑性的影响

5.2.6氧化后生物柴油的润滑性

5.2.7生物柴油润润滑机理

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总 结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文与申请专利