從棉籽出發(fā)制備生物柴油和醋酸棉酚的工藝研究.pdf

1、隨著全球性日益嚴(yán)重的能源短缺與環(huán)境惡化，開(kāi)發(fā)研究一種新型能源以替代即將枯竭的石油能源已迫在眉睫。生物柴油是一種優(yōu)質(zhì)的柴油替代品，屬環(huán)境友好型綠色燃料，發(fā)展?jié)摿薮?。目前，由于固體堿具有易與產(chǎn)品分離、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)，采用固體堿催化酯交換制備生物柴油受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。而我國(guó)是一個(gè)產(chǎn)棉大國(guó)，我們應(yīng)充分利用這種資源優(yōu)勢(shì)，以棉籽油為原料來(lái)制備生物柴油。此外，棉酚作為棉籽加工業(yè)的副產(chǎn)物，其在醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)均有廣泛應(yīng)用

2、，同時(shí)降低了生物柴油的生產(chǎn)成本，具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文主要研究了從棉籽出發(fā)，采用固體堿催化制備生物柴油以及醋酸棉酚的制備工藝，并提出了一個(gè)聯(lián)產(chǎn)制備生物柴油和醋酸棉酚的工藝路線。
　　 1固體堿催化制備生物柴油的工藝探索
　　 1)生物柴油分析方法的建立
　　 建立了生物柴油中各脂肪酸甲酯的氣相色譜.質(zhì)譜定性分析方法和氣相色譜定量分析法。
　　 定性分析：采用DB-5毛細(xì)管色譜柱，起始柱溫為15

3、0℃(1min)，以10℃·min-1升溫至290℃(5 min)，汽化室溫度為280℃，分流比為1:30，載氣He流量為1.0mL·min-1，電子轟擊離子源(EI)，電子能量為70 eV，接口溫度為220℃，掃描范圍(m/z)為40～400。
　　 定量分析：采用PEG-20M彈性石英毛細(xì)管色譜柱，F(xiàn)ID檢測(cè)器，以鄰苯二甲酸二乙酯為內(nèi)標(biāo)，恒溫測(cè)定生物柴油中棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯和亞油酸甲酯的含量。結(jié)果表明，棕櫚酸甲

4、酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯和亞油酸甲酯分別在0.75～15.0 mg·mL-1、0.75～15.0 mg·mL-1、0.9～18.0 mg·mL-1、1.3～26.0mg·mL-1濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系(R>0.9909)，回收率為96.0％～102.5％(n=5)，精密度實(shí)驗(yàn)RSD=1.34％～2.51％。該方法準(zhǔn)確可靠、快速簡(jiǎn)便、重現(xiàn)性好。
　　 2)均相催化制備生物柴油的工藝研究
　　 以棉籽油為原料，NaOH為

5、催化劑制備生物柴油，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到最優(yōu)反應(yīng)條件：醇油摩爾比7:1，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間30 min，催化劑用量1.2％。反應(yīng)最高轉(zhuǎn)化率為89.9％。
　　 3)固體堿催化劑制備生物柴油的工藝研究
　　 分別制備了金屬氧化物CaO，水滑石，負(fù)載型固體堿KOH/Al2O3，K2NO3/Al2O3，KOH/CaO，K2NO3/CaO等固體堿催化劑來(lái)制備生物柴油。結(jié)果表明，由這些固體堿來(lái)制備的生物柴油反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低。

6、因此我們選擇以硅酸鈉為固體堿催化劑制備生物柴油，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高，且產(chǎn)物易于分離，所以，本實(shí)驗(yàn)選擇硅酸鈉作為固體堿催化劑。
　　 以棉籽油為原料催化制備生物柴油，采用響應(yīng)曲面法的Box-Behnken模式對(duì)影響生物柴油轉(zhuǎn)化率的四個(gè)主要影響因素進(jìn)行優(yōu)化，建立生物柴油轉(zhuǎn)化率的二次多項(xiàng)回歸模型方程，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和方差分析。結(jié)果表明，在反應(yīng)溫度66℃，催化劑用量2.1％，反應(yīng)時(shí)間7 h，醇油摩爾比8.6:1時(shí)，生物柴油的轉(zhuǎn)化

7、率為75.8％。
　　 2醋酸棉酚制備工藝的初探
　　 1)醋酸棉酚分析方法的建立
　　 建立了反相高效液相色譜法測(cè)定醋酸棉酚含量的方法。采用Alltech AlltimaC18色譜柱，以甲醇-水-磷酸(90:10:0.1)為流動(dòng)相，流速為1.0 mL·min-1，檢測(cè)波長(zhǎng)為238 nm。在0.01～0.1 mg·mL-1線性關(guān)系良好(r=0.9991)，高、中、低3個(gè)濃度平均回收率(n=3)分別為99.7％，1

8、01.3％，100.5％，RSD分別為0.82％，0.71％，1.03％。該方法分析準(zhǔn)確可靠、快速、簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好。
　　 2)醋酸棉酚制備工藝的初步研究
　　 醋酸棉酚的制備主要分為苯胺棉酚和醋酸棉酚的制備。本文采用自制夾套式循環(huán)浸出裝置提取棉酚，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到制備苯胺棉酚的最優(yōu)工藝條件：80％的丙酮溶液，料液比為1:3，提取時(shí)間為6 h，提取次數(shù)為2次，得到最高質(zhì)量的苯胺棉酚為0.3545g。醋酸棉酚的制備采