酶催化地沟油生产生物柴油的动力学研究

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1、酶催化地沟油生产生物柴油的动力学研究第一章绪论1.1生物柴油简介随着地球上的化石资源一天一天的减少，人们渐渐察觉到我们急需找到一种可代替化石燃料的资源来满足世界上对能源的需求。而在这些可代替的资源中，生物柴油就是一种较为实用且优秀的能源，它可以用来满足世界上对能源的需求。目前，石油仍然在工业生产，交通运输以及农业生产方面起到非常重要的作用。然而，石油的储备是有限的，而随着科技的进步，石油的消耗速度也在飞速提升，因此石油也在逐渐用尽。不仅如此，石油的使用也引起了环境问题，对社会造成了不小的影响。因此，科学家和研究者们都在寻找可替代的能源燃料，正

2、因如此，生物柴油受到科学家们越来越多的关注。生物柴油是一种源自植物油脂和动物脂肪的可再生能源，它的本质是长链脂肪酸的单焼基酷。它应用性强，具有无毒性，低排放，可降解性等优点。由于生物柴油不含有硫化物和芳香化合物，因此它排放的废气相比汽油要低很多，而它能却提供与汽油相似的燃料效率⑴。.1.2生物柴油的生产原料生物柴油的生产原料有许多种。不同国家使用生产原料不同，并且通常是根据每个国家的地理位置以及气候条件来进行选择的。比如，欧洲国家通常使用向日葵和油菜籽作为生产生物柴油的原料，而热带地区国家大多使用棕稱油作为原料，美国则使用大豆油作为原料[21

3、。Singh等报导过生产生物柴油的主要原料，包括棉花軒，棕摘油，向日葵，大豆，油菜籽，菜籽油以及麻风树等。除了这些以外，Zhang等[4]还表明一些原料如废弃油炸油，不可食用油以及动物脂肪酸也可以用于生物柴油的生产。尽管可以使用地沟油作为原料，但是Baneijee和Chakraborty等人[5]曾表明若使用地沟油作为原料，由于涉及酸和碱催化的转醋化反应，地沟油中的游离脂肪酸需要保持在一定程度以下。表1.1表示了一些通常用来生产生物柴油的原料中游离脂肪酸含量。上表所示的这些原料的价格通常会随着其中游离脂肪酸含量的增高而减小。对于工业生产来说，

4、我们需要使用这些低成本（高脂肪酸含量）的原料，比如食用油，地沟油，以及非食用植物油，因为使用精炼生产得到的生物柴油价格会比石油和柴油等化石燃料贵很多。另外，使用这些不可食用的原料会最小化生产生物柴油原料与生产食品原料之间的竞争在中国，由于国家法律限制生物柴油的生产不许与粮食的生产产生竞争，因此，采用可食用植物油作为生物柴油的生产原料在中国不具有可行性。比较合理和可行的生产生物柴油的方式是通过使用地沟油作为为原料生产生物柴油。地沟油是可食用油经过多次油炸之后回收所得，这些油包括棕榈油，奠花籽油以及玉米油等等。地沟油的物理与化学性质与新鲜的食用油

5、不用，这是因为在油炸过程中食用油发生了一些化学变化[14]。地沟油可以从各个城市里的餐厅以及各家各户收集。由于每年世界上的人口等在增加，世界上的地沟油产量也在迅速增长。另外，食品消耗的增长也导致了地沟油产量的增长。表1.2表示了一些国家的地沟油年产量以及另一方面，地沟油的成本相比新鲜植物油降低了2-3倍，大大减少了生产生物柴油的花费[17]。使用地沟油也不会减少粮食的储备，符合很多国家的政策。而使用地沟油生产生物柴油的一个缺点就是它含有不少杂质，包括游离脂肪酸以及水，因此它必须要先经过处理才能进行生产，否则将会影响最后的产量[18]。地沟油的

6、质量通常取决于它的酸值和帛化值。在地沟油中的游离脂肪酸若高于3%，可能会导致转酷化反应的失败。.第二章生物柴油催化反应机理的研究2.1引言本章主要研究以地沟油为原料合成生物柴油反应的机理。尽管生物柴油反应的机理己经被很多人研究过，并且也研究过相应的功力学模型，但大多数的研究都是以植物油为原料，而不是以地沟油为原料，因此反应的机制较简单，并不能适合于地沟油的生物柴油合成反应。因此本章将从建立三种不同的反应机制并推导相应的动力学方程，运用matlab软件以及实验数据分别对三种模型进行拟合，确定方程组，并最终通过比较来选择出合适的动力学模型。2.2

7、实验仪器及原料本章需要进行一系列实验来得到地沟油催化合成生物柴油的实验数据，从而利用数据求得动力学方程的未知常数。实验所用的仪器及原料详见下表。在实验中使用的地沟油购中的成分组成为：80.17%的游离脂肪酸（FFA)，1.9%的甘油单醋（MAG),6.78%甘油二醋（DAG)和11.15%的甘油三酷（TAG)。而地沟中的游离脂肪酸的平均分子量采用甲醋化的方法测定为273.5。使用实验室自制的脂肪Candidasp.99-125作为本实验中使用的催化剂。而在实验中出现的其他化学品均为分析纯。以地沟油为原料合成生物柴油的醋化反应首先在间批次反应器

8、中进行（250ml圆底烧瓶)。反应体系中主要包含所使用的地沟油，一定量的水，甲醇以及游离脂肪酶。实验所选择的实验条件依据聂开立等人的研究的最适反应条件。在实验中，首