固定化脂肪酶催化餐饮废油合成生物柴油研究.doc

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1、固定化脂肪酶催化餐饮废油合成生物柴油研究一、研究目的人类正面临着巨大的能源与环境压力。一方面，矿物能源的应用推动了社会的发展,其资源却在日益耗尽，另一方面，矿物能源的无节制使用，引起日益严重的环境问题，如导致全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈碳平衡、释放有害物质、引起酸雨和荒漠化等自然灾害。为了维持经济的可持续发展，许多国家正积极开发可再生植物资源，因地制宜，利用植物油替代燃料油，走多能互补，综合利用的道路。促进能源消费结构从单一化向多元化转变，成为冃前国际上开发新能源的大趋势，而生物柴油的应用和推

2、广正是现阶段解决能源替代问题的最佳手段。生物柴油是利用动植物油脂等可再生资源提取制造出来的可替代石化柴油清洁安全的新型燃料。具有可再生、易生物降解、无毒、含硫量低和废气中有害物质排放量小等优点，属环境友好型燃料。以动植物油原料与低碳醇（甲醇、乙醇、丁醇）酯交换反应’产物即为生物柴油（脂肪酸甲酯），副产物为甘油。在所冇替代燃油中,生物柴油的热值最高，介于1#柴油和2#柴油之间，其燃点是柴油的两倍，使用、处理、运输和储藏都极其安全,且和石化柴油混合使用，不需更换发动机，可降低油耗，提高动力性能，降低尾气污

3、染。二、研究现状目前生产生物柴油的方法主要是化学法、生物酶法、“工程微藻”和超临界流体工艺法.其中化学法主要利用酸或碱为催化剂，催化甘油三酯转化成相应的甲酯.目前化学法制备生物柴油的工艺已经很成熟，是工业化生产生物柴油的主耍方法.但化学法也存在工艺复杂、能耗高、醇必须过量、反应液色泽深、杂质多、产物难提纯、有废碱液排放等方法自身的问题缺点J.固定化酶法是生物酶法的一种，是利用固体材料将脂肪酶束缚或限制于一定区域内，使其仍能进行其特有的催化反应，并可回收及重复使用的一类技术.这是20世纪50年代发展起來

4、的新技术，因为其具冇条件温和、醇用量小、无污染排放等优点，因而成为近年来研究生物柴油的热点.丹麦酶生产商诺维信公司利用吸附法将CandidaantarcticaB固定于大孑L丙烯酸树脂上，制备出的固定化酶Novozym435具备很高的酯交换活性，在生物柴油研究领域己被广泛使用。K固定化酶法制备生物柴油研究进展1.1不同的脂肪酶催化特性不同脂肪酶（酰基甘油水解酶，E.C.3.1.1.3）是一种广泛分布于动物、植物和微生物中的酶，能够进行可逆的甘油酯键水解或合成。在一定的条件下，脂肪酶可以主耍催化合成反应

5、，即可以用来合成生物柴油。无论在小规模的实验还是工业规模的酯合成中，作为催化剂，脂肪酶已经得到成功应用。冃前至少有35种可以利用的商业脂肪酶制剂，但仅有少数几种能在工业中使用，主要是酵母脂肪酶、根霉脂肪酶、猪胰脂肪酶等。由于来源不同，这些酶的催化特性也存在较大差异，具体情况见表1。因而进行催化反应时条件也不尽相同。冇些酶在含水的体系中具冇较高的活性。KaiedaM・等发现RhizopusOryzae须在含水率为4%〜30%条件下才能较好地催化大豆油甲酯化.分步添加甲醇到反应液中进行反应，转化率可达80

6、%〜90%。还冇一部分酶在无水或微水的环境屮即可高效地催化底物合成生物柴油.MohamedM・等扌艮道,Rhizomucormiehei>Thermo—myceslanuginosa和Pseudomonas,uoyescens脂肪酶在含水量极低的正己烷、异辛烷和柴油等有机溶剂屮表现出较高的催化活性。其屮，P.uorescens脂肪酶还能在不添加任何溶剂、醇油比为4・5：1的条件下高效地进行转酯反应，转化率达90%。这归功于P.uorescen脂肪酶具有很好的对甲醇的耐受性.因此，选择一种适合的脂肪酶相

7、当重要，这样才能最大限度地发挥脂肪酶在某种体系中的催化活性，从而提高生物酶法的生产效率。1.2分步添加甲醇可提高固定化酶法的生产效率多数研究者认为釆用分批加人甲醇的方式可冇效提高脂肪酶的稳定性和在非水介质中的促转酯反应活性.丹麦诺维信公司Shimada等利用固定化假丝酵母脂肪酶Novozym435,采用分三次滴加等摩尔的甲醇，在30~C下反应48h转化率达97.3%.Watanabe等也发现，在固定化CandidaantarcticaNovozmy435的催化下,脱胶大豆油在分三次甲醇的情况下进行。转

8、酯化反应，转化率可达93.8%,并且脂肪酶可重复使用25个周期（即50d）而几乎无活性损失.北京化工大学采用3次流加甲醇的条件下,利用15%的具有自主知识产权的Candidasp.99—125固定化酶反应30h,转化率达到96%,并且固定化酶的使用半衰期可以达到200h以上.课题组还开发了反应和分离耦合工艺生产生物柴油新工艺，及时分离出生成的甘油，实现生物柴油的连续酶法转化.目前已建立国内外最大的200t/a生物柴油中试生产装置。1.3适当的反应体系对游