酯交换法制备生物柴油研究进展

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1、万方数据V01．16。2009．No．1严型蜃粮食与食品z业UICerealandFoodIndustry油脂T程酯交换法制备生物柴油研究进展李为民，姚超江苏工业学院化工系(常州213164)摘要：介绍了酯交换法生产生物柴油的原理及方法，并综述了在酸、碱、脂肪酶等催化条件下和超临界条件作用下酯交换反应制备生物柴油的研究进展。关键词：生物柴油；酯交换反应；催化荆中图分类号：TQ645文献标识码：B文章编号：1672—5026(2009)01—0009—05ResearchprogressonpreparationofbiodieselbytransesterificationLiWeimi

2、n．YaoChaoDepartmentofChemicalEngineering，JiangsuPolytechnicUniversity(Changzhou213164)Abstract：Theprincipleandmethodsofpreparingbiodieselbytransesterificationareintro-duced．Theresearchprogressonthepreparationofbiodieselbytransesterificationusingacidcat—alyst，alkalicatalyst，lipasecatalystorsupercr

3、iticalmethodsaredescribed．Keywords：biodiesel；transesterification；catalyzer生物柴油的制备可采用物理法和化学法。其中直接混合法和微乳液法属于物理法，高温热裂解法和酯交换法属于化学法。物理法能够降低动植物油的黏度，但积炭及润滑油污染等问题难以解决；而高温热裂解法能耗大、设备昂贵，且反应不容易控制，其主要产品是生物汽油，生物柴油只是其副产品[1]。相比之下，酯交换法是一种更好的生物柴油制备方法。酯交换反应也称为转酯或醇解，是用一种醇置换甘油三酯(动植物油脂)中的甘油，使用的醇主要有甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇等。通过酯交

4、换反应可以使天然油脂的分子量降至原来的1／3，黏度降低约8倍，同时也提高了燃料挥发度，各项指标与柴油接近。收稿日期：2008—07～16修回日期：2008—09—09基金项目：江苏省科技成果转化专项资金(BA2006025)；江苏省高校科研成果产业化推进项目(JH07—040)作者简介：李为民．男，1962年出生。教授。从事生物质能源及化学品的研究工作。1酯交换反应机理动植物油脂和醇在催化剂作用下进行酯交换反应生成脂肪酸酯和甘油，其酯交换反应是由一系列串联的可逆反应组成，甘油三酯分步转变成甘油二酯、甘油一酯，最后转变成甘油，每一步反应均产生一个单酯。如果以碱作为催化剂，反应机理为催化剂碱

5、中的OH一和醇羟基上的H+结合生成水和烷氧基，烷氧基进攻酯的羰基碳原子形成一个四面体中间体，四面体中间体再和醇反应生成另一个四面体，最后，这个四面体发生重排生成一个酯和另一个醇。无论是碱催化剂还是酸催化剂，在反应中都先要有CH，O一生成。生成的CH，O一与甘油三酯发生酯交换反应，存在两种情况：第一种是反应过程中形成了引发剂，作用于甘三酯上的中间产物烯醇式酯离子，烯醇式酯离子再和甲醇发生亲核取代；第二种是反应过程中引发剂与甘三酯分子中的羰基作用9万方数据油脂T程李为民等：酯交换法制备生物柴油研究进展形成加成复合体旧。反应过程如下式。崖。一窿+崖r隧]匿12酸催化法酯交换反应使用的酸催化剂包

6、括硫酸、磷酸、盐酸、有机磺酸、固体酸及酸性离子液体催化剂，其优点是不受原料中游离脂肪酸含量等因素的影响，对任何品质的原料均可直接应用，甘油酯中游离脂肪酸和水含量较高时，酸催化更合适。用硫酸催化，虽价格低廉，但由于液体硫酸腐蚀严重，易引起副反应，使产品纯度降低，产率下降，后处理过程复杂，甘油难于分离，排放含酸废水易造成严重的环境污染。在实际应用中，非均相催化剂比均相催化剂更具优势，其中最明显的就是容易从产物中分离，不会造成酸性废水污染，对环境污染小。在当今提倡绿色环保的要求下，固体酸性催化剂无疑是一种较好的选择。其优势是能适用于脂肪酸含量高的低成本原料油(如地沟油、酸化油等)，生物柴油的生

7、产方法可以采用一步法和两步法。一步法主要以固体超强酸为催化剂，直接进行酯化反应与酯交换反应。陈和等[33以精制棉籽油为原料，以固体强酸Ti02一SO．2。、ZrO：一SO。2一为催化剂，在230℃、醇油摩尔比12：1及催化剂用量为棉籽油2％的条件下，反应8h后甲酯的收率达到90％以上。若固体酸为纳米级，催化活性将会增强。曹宏远等n]报道了采用Zr(SO．)：固体酸为催化剂，甲醇与大豆油酯交换反应制备生物柴油的过程。研究结果表明，在甲