棕櫚油堿催化制備生物柴油實驗研究

李燕，雷云周

(1.廣東石油化工學院 化學工程學院，廣東 茂名 525000;2.茂名瑞派石化工程有限公司，廣東 茂名 525000)

生物柴油是指由植物油脂、動物脂肪、微藻、油脂加工下腳料及餐飲廢油與低碳醇經酯化或酯交換反應制得的長碳鏈脂肪酸低碳醇酯［1］。通常含有14 ～18 個碳原子，接近于由15 個烴鏈組成的石化柴油的平均相對分子量，具有與石化柴油相近的理化性質［2］。生物柴油作為綠色環保的替代燃料，具有可再生性、安全性高、潤滑性好、十六烷值高、硫含量低等優點［3］，有效解決了環境、資源與發展之間的矛盾，使得生物柴油的制備技術得到世界各國的普遍關注［4］。在美國，生物柴油的主要原料為大豆油，歐洲則主要使用菜籽油，而世界上其他地區大多使用棕櫚油［5］。油棕的單位面積產油量與其他油料作物對比高出多倍，確定了棕櫚油在未來能源市場的重要地位。棕櫚油十六烷值較高，自燃性能比較好，硫含量很低，燃燒后對環境的影響很小［6］。本文采用催化劑KOH 催化棕櫚油與甲醇酯交換反應制備生物柴油，考察了不同反應溫度［7］、醇油比、催化劑用量、反應時間對制備生物柴油的轉化率的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

棕櫚油(酸值為0. 7 mgKOH/g);無水甲醇、KOH 均為分析純。

JB50-D 型電動攪拌器;ES-120 電子天平;SH2-D(Ⅲ)循環水式真空泵;HHS-2S 電子恒溫不銹鋼水浴鍋;QCMAS-QP2010Plus 氣相色譜-質譜聯用儀。

1.2 實驗方法

準確稱取少量催化劑KOH 迅速投入甲醇溶液中，攪拌至KOH 顆粒完全溶解，將一定量的棕櫚油、甲醇以及KOH 甲醇溶解液倒入到圓底燒瓶中，在一定溫度下攪拌反應一定時間，將反應物移至分液漏斗，靜置分層1 h，從下部移出甘油層。水洗甲酯層2 遍，除去未反應的甲醇、催化劑等，分液，100 ℃常壓蒸餾甲酯層，蒸出殘余的甲醇和水得到成品生物柴油。

1.3 生物柴油產率計算方法

產率=M2/M1×100%

其中，M1為反應前加入棕櫚油的質量，M2為反應后生成生物柴油的質量［8］。

2 結果與討論

2.1 溫度對生物柴油產率的影響

分別采用反應溫度30，40，50，60，70 ℃的實驗條件，反應時間2.0 h，醇油摩爾比為6 ∶1，催化劑用量為0.5%，考察溫度對棕櫚油轉化生物柴油轉化率的影響，實驗結果見表1。

表1 溫度對生物柴油產率的影響Table 1 Effect of temperature on yield of biodiesel

由表1 可知，體系反應溫度對生物柴油的產率有一定影響，40 ℃時生物柴油的產率最高。主要原因是常壓下甲醇的沸點為64.5 ℃，所以反應溫度較高時，甲醇揮發掉了一部分，沒有和棕櫚油反應，導致生物柴油產率下降。

2.2 催化劑用量對生物柴油產率的影響

表2 是不同催化劑用量下的實驗結果，其他實驗條件為反應溫度40 ℃，反應時間為2.0 h，醇油摩爾比為6∶1。

表2 催化劑用量對生物柴油產率的影響Table 2 Effect of catalyst dosage on yield of biodiesel

由表2 可知，產率隨催化劑用量先增后減，適宜的催化劑用量在0.6%，催化劑用量過多，會產生大量堿性廢水，造成環境污染。

2.3 醇油摩爾比對生物柴油產率的影響

表3 是不同醇油摩爾比下的實驗結果，其他實驗條件為反應溫度40 ℃，反應時間2.0 h，催化劑用量0.6%。

由表3 可知，醇油摩爾比對產率有一定影響，醇油摩爾比為6 時產率最高。醇油摩爾比過大會造成甲醇回收系統負荷過大，對生產不利。

表3 醇油摩爾比對生物柴油產率的影響Table 3 Effect of molar ratio of methanol to oil on yield of biodiesel

2.4 反應時間對生物柴油產率的影響

表4 是不同反應時間的實驗結果，其他實驗條件為反應溫度40 ℃，醇油摩爾比為6∶1，催化劑用量0.6%。

表4 反應時間對生物柴油產率的影響Table 4 Effect of reaction time on yield of biodiesel

由表4 可知，反應開始時隨反應時間增長，產率增大，超過2 h 后，產率基本不變，適宜的反應時間為2 h。

2.5 生物柴油的GC-MS 分析

生物柴油的GC-MS 分析見圖1。

圖1 棕櫚油制備的生物柴油的色譜圖Fig.1 The chromatogram of biodiesel prepared from palm oil

由圖1 可知，18. 49 min 處為己二酸二丁酯;19.589 min處為十四烷酸甲酯;24.021 min 處為棕櫚酸甲酯;27.101 min 處為亞油酸甲酯;27.413 min處為油酸甲酯;27. 726 min 處為硬脂酸甲酯;30.739 min處為二十碳烯酸甲酯;31.202 min 處為二十烷酸甲酯。

表5 生物柴油GC-MS 分析結果Table 5 Biodiesel GC-MS analysis results

3 結論

用堿催化劑KOH 以棕櫚油和甲醇為原料制備生物柴油的轉化率較高，堿用量少、反應條件溫和、副產物甘油和甲酯易分離，未反應的甲醇等雜質可以通過蒸餾除去，操作簡單。制備生物柴油實驗的最佳工藝條件為:反應溫度40 ℃，催化劑用量0.6%，醇油摩爾比6∶1，反應時間2.0 h，生物柴油產率可達97.82%，主產物經GC-MS 分析為生物柴油。

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