利用餐飲廢油脂制備金屬皂工藝條件

高紅，梁鵬

（1.天津現代職業技術學院，天津 300350；2.天津農學院，天津 300384）

利用餐飲廢油脂制備金屬皂工藝條件

高紅1，梁鵬2

（1.天津現代職業技術學院，天津 300350；2.天津農學院，天津 300384）

摘 要：以餐飲行業廢油脂為主要原料，采用皂化反應-復分解反應二步法制備鈣皂，探討在復分解反應過程中的工藝條件選擇。在復分解反應過程中，鈣皂受到反應溫度、pH、皂量等多方面因素影響。通過實驗，確定對反應效果影響較大的因素及其最佳反應條件。

關鍵詞：廢油脂；金屬皂；鈣皂；工藝條件

1 廢油脂及其利用價值

餐飲行業廢棄油脂對生態環境和人民健康的危害，引起社會的高度關注。如何將其化害為利，變廢為寶成為目前研究的熱點。在資源生態經濟系統中，物質的廢與不廢是相對的、暫時的，任何一種物質都有它特有的屬性。同樣，廢油脂也有兩重性：既是一個危害生態系統、危害人民健康的污染源，也是一種為經濟建設服務，滿足工業生產需要的再生資源。

從環境保護和充分利用資源方面考慮，廢棄油脂的綜合利用顯得尤為重要。廢油脂經回收循環再利用，可作為飼料用油、制造肥皂粉的原料，也可用于生產涂料、制造生物柴油及化工原料等[1]。

廢油脂可以用來生產一類重要的化工原料——金屬皂。金屬皂具有脂肪酸的潤滑性、延展性、憎水性等性質，金屬皂可作為潤滑劑、穩定劑、憎水劑、增稠劑、隔離劑、消光劑、殺菌劑、催化劑等[2]。在潤滑劑、油墨、橡膠、涂料、化妝品、樹脂、纖維、農藥等許多工業均有廣泛應用[3]。

2 實驗部分

2.1 原理

利用餐飲行業廢油脂為原料采用二步法制備金屬皂。沉淀法亦稱二步法，即氫氧化鈉溶液與廢油脂中的甘油酯和游離酸進行皂化生成鈉皂，鈉皂再與相應金屬的水溶性鹽進行復分解反應生成金屬皂，經沉淀析出，過濾、洗滌、干燥和磨碎，便得到金屬皂成品[4]。

2.2 步驟

2.2.1 皂化反應

稱取一定量廢油脂，加入適量水，加熱，將固體氫氧化鈉配質量分數為10%的溶液，緩慢加入1/3的堿液至廢油中（加堿時應維持在pH=9左右），當pH近中性時，加入NaCl飽和溶液，使油水分離，停止加熱，靜置分層，將下層甜水放掉；繼續加入1/3量的堿進行皂化，升溫至沸騰，不斷攪拌，當物料接近中性時，二次皂化結束，并加入NaCl飽和溶液，使油水分離。停止加熱并靜置，放掉甜水；將剩余的堿液加入到皂液中，析出皂基，繼續加熱至沸騰，維持一段時間后，再分離皂基和堿液。

2.2.2 復分解反應

將制得鈉皂加水稀釋至一定濃度，加熱升溫至95℃～100℃，加入一定濃度的氯化鈣溶液，不斷攪拌。當加入的氯化鈣溶液不再有更多沉淀產生時，停止加入。攪拌數分鐘后，反應結束。將復分解反應生成的不溶于水的鈣皂進行反復抽濾和水洗，直至洗液呈中性。最后，進行干燥粉碎，得到產品。

本文實驗主要探索在復分解過程中的工藝條件。

2.3 原料

實驗中所用原料取自某快餐店油炸食品后的廢棄油脂。未經使用的油脂室溫下呈白色固體，溫度升高至50℃以上時，油脂熔化成為澄清透明液體。經過油炸食品后的廢油脂在室溫下呈黃色固體，加熱熔化后為橙紅色透明液體。

廢油脂取自食品行業，將廢油脂與食用油脂指標進行比較。測定廢油脂各項理化指標，比較結果如表1所示。

表1 廢油脂與食用油脂的部分理化指標比較Table 1 Physical and chemical index of waste oil&fat and edible fat&oil

由廢油脂理化指標分析結果可知，廢油脂的酸值較大，酸敗比較嚴重，水分、磷脂、雜質等含量較少，其余指標表明廢油脂變質不是很嚴重。

3 結果與討論

主要以金屬鈣的含量作為產品評價指標。鈣含量可直接反應金屬皂產品的品質的好壞[5]，鈣含量高說明反應較徹底，鈣皂的質量較好。但是鈣含量過高，是由于鈣皂吸附了大量的鈣離子引起的[6]。因此鈣皂的鈣含量要適當為宜。

3.1 復分解反應溫度的確定

為確定適宜的復分解反應溫度，選擇70、80、90℃和100℃四個溫度條件進行實驗，并測定產品鈣含量作為評價指標，實驗結果如圖1所示。

由圖1可知，溫度對鈣皂產品的品質是較大的影響。溫度較高時，鈉皂水解較完全[2]，生成的產品中鈣含量較高，低溫時，一部分鈉皂不能水解，使產品含有一定量的鈉皂，降低產品的鈣含量。因此本實驗的溫度控制在95℃～100℃之間為宜。

圖1 反應溫度與鈣含量關系圖Fig.1 Relation graph of reaction temperature and calcium content

3.2 復分解反應時間的確定

選擇 5、10、30、60 min 作為不同反應時間，進行鈉皂和氯化鈣的復分解反應，測定產品含鈣量，實驗結果如圖2所示。

圖2 反應時間與鈣含量關系圖Fig.2 Relation graph of reaction time and calcium content

由圖2可知，復分解反應時間對鈣皂產品的品質的影響不大，反應進行得比較快，在短時間內就可以完全反應。

3.3 復分解反應pH的確定

在pH為7、8、9、10四種不同條件下進行復分解反應，測定產品含鈣量，實驗結果如圖3所示。

圖3 pH與鈣含量關系圖Fig.3 Relation graph of pH valve and calcium content

由圖3可知，反應皂液的pH對產品的鈣含量有一定影響。鈉皂溶于水后在電離和水解等作用下，使皂液呈堿性，本實驗中使用的皂液pH在7～8之間，從圖3中看出，當調節pH為9左右時，產品的鈣含量較高，品質較好。

當pH過高時，由于溶液的堿性過強而使加入的氯化鈣一部分生成氫氧化鈣沉淀，鈉皂不能完全反應，使產品中混入大量的氫氧化鈣。本實驗采用的測量鈣含量的方法得出的鈣含量中包括了這一部分鈣，但存在形態不是鈣皂，因此反應時的皂液的pH不應過高。

當pH較低時，由于脂肪酸不是強酸，大量H＋存在時，游離脂肪酸根離子生成大量脂肪酸分子，由于復分解反應是離子反應，大量的脂肪酸不能參加反應，使產物中含有較多的雜質[7]，因此反應時皂液的pH也不可過低。

3.4 復分解反應超鹽量的確定

在實際反應當中，為使反應更迅速、徹底，需要過量的鹽，這部分比理論用量多余的鹽量，稱為超鹽量[4]。適當的超鹽量對反應是有益的，可以提高鈣含量，但是超鹽量過大，會造成鈣皂吸附大量鈣離子。因此需選擇合適的超鹽量進行反應。

在不同的超鹽量下進行鈉皂和氯化鈣的復分解反應，測定含鈣量，實驗結果如圖4所示。

圖4 超鹽量與鈣含量關系圖Fig.4 Relation graph of excess saltness and calcium content

由圖4可知，超鹽量對產品中鈣含量影響較大，隨著超鹽量的增大，鈣含量也增大。但當超鹽量大于10%以后，鈣含量增加趨于平緩，而且加入過多的鹽會造成浪費，不但增加制備成本，而且過量的金屬鹽會與前面過量的堿生成Ca（OH）2沉淀，不易除去，因此超鹽量為10%較適宜。

3.5 復分解反應皂量的確定

在不同的皂量下進行鈉皂和氯化鈣的復分解反應，測定含鈣量，實驗結果如圖5所示。

圖5 皂量與鈣含量關系圖Fig.5 Relation graph of soap quantity and calcium content

由圖5可知，皂量對產品的質量有很大影響。皂量增加時，產品的鈣含量明顯增加，提高皂量有利于提高產品的鈣含量。原因是皂量增大，使脂肪酸根離子與加入的鈣離子碰撞幾率增加，能夠較完全迅速發生反應，使產品中鈣含量增加。但皂量過大時，使皂液體系粘度迅速增加，在加熱時導致受熱不均勻，局部過熱，甚至產生暴沸，所以不宜采用過大的皂量。

3.6 皂量、pH和超鹽量的確定

通過以上各工藝條件單因素試驗，可確定皂量、pH和超鹽量3個因素對產品含鈣量影響較大，每個因素選擇3個水平條件進行正交試驗。

考察的因素及水平如表2所示。

表2 因素與水平表Table 2 Factors and levels table

在確定影響因素及水平的基礎上，進行正交實驗。選取正交表L9（34）設計9組實驗，實驗方法和單因素實驗相同，以所得產品含鈣量為評價指標。實驗結果如表3所示。

實驗結果表明，三因素從主到次依次為：超鹽量、皂量、pH。較好的反應條件為A2B1C2，即400 g水中加入40 g鈉皂；pH為 9；超鹽量10%。在此工藝條件下，實驗制得產品含鈣量為8.29%。

4 結論

利用廢油脂制備金屬皂，采用皂化反應—復分解反應二步法，在復分解反應過程中，受到反應溫度、超鹽量、pH、皂量等多種因素的影響，通過單因素試驗，得到影響較大的3個因素為超鹽量、皂量、pH，由正交試驗獲得較優的工藝條件為：皂量為400 g水中加入40 g鈉皂、pH為9、超鹽量10%，并在此條件下制得的金屬皂產品效果較好。

表3 正交試驗表Table 3 Orthogonal experiment table

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[1]馬遇涵.廢棄油脂的管理與利用[J].能源研究與利用,2001,24(4):38-42

[2]《化工百科全書》編委會.化工百科全書(vol.8)[M].北京:化學工業出版社,1994:136-142

[3]李云雁.利用劣質植物油制取金屬皂的研究[J].應用化工,2002,2,31(1):23-26

[4]金建中.制皂工藝學[M].北京:中國輕工業出版社,2001:209-211

[5]趙玲,尹平河,鄧琪.餐飲業廢油脂脫色及皂化工藝[J].暨南大學學報:自然科學與醫學版,2004,25(5):632-636

[6]PatriciaR.Todd,The 2000 Grease production Survey Report[J].NLGI Spokesman,2002,65(1):21-31

[7]劉偉,張天勝.環境友好潤滑脂的研究現狀與發展前景[J].潤滑油,2005,20(2):26-29

Study on Technological Conditions of Manufacturing Metallic Soap with Waste Oil&Fat

GAO Hong1，LIANG Peng2
（1.Tianjin Modern Vocational Technology College ，Tianjin 300350，China；2.Tianjin Angricultural University，Tianjin 300384，China）

Abstract：This article mainly analyses calcium soap manufacture， by using waste oil&fat as main raw material，adopting saponification-replacement reaction.Discuss the technological condition choice in replacement reaction process.In the process， calcium soap making was influenced by temperature， pH value and soap quantity， etc.By testing，find out the optimum reaction condition and main influence factors of reaction.

Key words：waste oil&fat； metallic soap；calcium soap； technological conditions

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.019

高紅（1981—），女（漢），講師，碩士，主要從事環境污染治理。

2013-12-26