废油脂酶法合成生物柴油的研究

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1、分类号学号2004511210023学校代码10487密级博士学位论文废油脂酶法合成生物柴油的研究学位申请人：陈英明学科专业：能源与环境工程指导教师：陆继东教授肖波教授答辩日期：2008年4月25日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyonSynthesisofBiodieselfromWasteOilUsingImmobilizedLipasePh.D.Can

2、didate:ChenYingmingMajor:EnergyandEnvironmentalEngineeringSupervisor:Prof.LuJidongProf.XiaoBoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaApril,2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已

3、在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要资源、环境和能源

4、是21世纪的3大主题，是全世界关注的热点。在全面保护生态环境基础上，有效利用资源，开发利用清洁、高效的可再生能源是当前各国的紧迫任务。在石化能源日益短缺的情况下，利用可再生的生物质资源生产生物质能是重要的解决途径，也是我国未来着重开发和利用的方向。在现实生活中，废油脂的合理化管理和利用是一个长期的难题。利用废油脂合成生物柴油，不仅能够解决废油脂不合理利用所带来的环境和卫生问题，而且提供了柴油的清洁可替代能源。本文以废油脂为研究对象，系统的研究了废油脂的来源、组成、特征及处理工艺；利用包埋和交联技术将商业化的廉价脂肪酶进行固定化，并用以催化

5、废油脂的转酯化反应；在特定的反应装置中，研究了各反应因素对反应的影响，探讨了一条合理的生物柴油生产工艺流程，同时建立了以一套方便、经济实用的分析和测定方法。主要研究成果如下：（1）全面阐述生物柴油转酯化反应的原理、工艺和反应动力学，总结了生物柴油生产的国内外发展现状和技术进展，分析和比较现行的生物柴油生产工艺和方法的优劣。（2）针对废油脂的物化特性，建立一种实用经济的废油脂预处理方法，能有效的达到脱水除杂、脱胶降黏、脱色脱臭的目的。（3）通过采用甲酯化和GC-MC结合方法，高效分析测定废油脂有机成分以及脂肪酸甘油酯中脂肪酸的组成和含量。结

6、果表明，废油脂来源不同，组成差异很大，但是都具有高含量游离脂肪酸、高粘度、高水分的特点。相比酸或碱催化剂，利用酶催化在反应工艺上更具有优势。（4）利用包埋和交联固定化方法，采用海藻酸钠和高岭土固定化扩展青霉脂肪酶(Penicilliumexpansum)，研究了吸附载体种类、PH值、酶量、金属离子、海藻酸钠浓度和氯化钙溶液浓度对固定化效果的影响。结果表明，在固定化的过程当中，吸附剂和包埋剂是两个比较重要的因素，并且高岭土在其中不仅仅是吸附剂，它还是存在于海藻酸钠网络结构中的一种支撑物，并且发现海藻酸钠浓度在低于3%的范围内，随着海藻酸钠浓

7、度的增加出现先升后将的现象；得到固定化的最适PH值为偏I2+2+碱性的8.0；固定化过程中加入金属离子，发现Mg可以使酶活力提高12.4%；Cu、2+2+3+3+Mn和Ni对酶活力影响不大；而Cr和Ce使酶活力降低为原来的34.2%和29.7%；当单位质量载体负载的酶量为0.8g，氯化钙的浓度为20g/L的时候得到最适的固定化酶，比活为131.8U/g；测定固定化酶的水解活力半衰期可达50天左右。（5）在循环式半间歇反应装置和三级式连续反应装置中，分别填充膜状固定化假丝酵母脂肪酶(Candidasp.99-125)和颗粒状固定化扩展青霉脂

8、肪酶(Penicilliumexpansum)催化反应，考察了酶量、溶剂种类、溶剂含量、水含量、反应液流量、温度、反应时间、醇油比、反应器类型等因素对反应的影响。实验结果表明，醇油摩尔为比为3