小球藻油制備生物柴油的試驗(yàn)和優(yōu)化工藝研究.pdf

1、生物柴油(脂肪酸甲酯，F(xiàn)AME)是一種環(huán)境友好的生物質(zhì)可再生能源，隨著全球石油資源的日益枯竭，環(huán)境的逐步惡化，生物柴油的應(yīng)用可以減少人類(lèi)對(duì)石化柴油的依賴(lài)，降低對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)發(fā)展生物柴油也是我國(guó)重要的能源戰(zhàn)略。但我國(guó)目前存在原料和生產(chǎn)成本過(guò)高等問(wèn)題，導(dǎo)致生物柴油生產(chǎn)沒(méi)能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化。
　　 本文旨在研發(fā)低成本的生物柴油制備工藝，預(yù)測(cè)生物柴油的理化性質(zhì)，為生物柴油的產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)，主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行研究：原料的選取

2、，油脂的提取工藝的比較，生物柴油制備工藝的優(yōu)化，生物柴油組分和理化性質(zhì)之間數(shù)學(xué)模型的建立。
　　 (1)相比其他制備生物柴油的原料，微藻富含油脂，產(chǎn)油率高，不占用耕地，能夠大規(guī)模水培，是適合我國(guó)國(guó)情的制備生物柴油的理想原料。本試驗(yàn)選擇能源徼藻中脂含量高，易大規(guī)模培養(yǎng)的小球藻作為制備生物柴油的原料。
　　 (2)利用超聲波-索氏提取法和超臨界CO2萃取法分別提取了小球藻油，以提取率和提取的小球藻油脂的品質(zhì)為指標(biāo)篩選出后者作

3、為提取方法，對(duì)該法采用曲面響應(yīng)法中的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以小球藻油脂的提取率(YRI)為響應(yīng)值，對(duì)影響超臨界CO2萃取的因素萃取壓力(X1)，萃取時(shí)間(X2)，萃取溫度(X3)進(jìn)行優(yōu)化，得到響應(yīng)面的二次回歸方程模型為：YRI=-12.27250-0.029150X3+4.10625 X2+0.51650 X3-(5.00000E-005)X3X2+(1.62000E-003)X2X3-0.058000 X2X3-(7.7

4、0000E-005)X21-0.23500 X22-(8.80000E-003)X23結(jié)果表明，模型的R2為83.57％，P=0.04，模型顯著，萃取壓力(X1)，萃取時(shí)間(X2)，萃取溫度(X3)對(duì)響應(yīng)值YRI有83.57％的貢獻(xiàn)率。利用Design Expert得到的最優(yōu)反應(yīng)條件即：萃取壓力(X1)為336Bar，萃取時(shí)間(X2)為2.53h，萃取溫度(X3)為50℃，相應(yīng)的小球藻油脂的提取率最高為1.77％，與該條件下的預(yù)測(cè)值1.

5、786％吻合較好。
　　 本試驗(yàn)根據(jù)植物油酸價(jià)測(cè)定法GB/T5530-1.985測(cè)得小球藻油的酸值為8.23mg/g，表明小球藻油脂中含有較多的自由脂肪酸，因此生物柴油的制備過(guò)程宜選擇酸性催化劑。
　　 (3)采用乙醚/甲醇/小球藻油脂(體積比60ml/20ml/20ml)均相反應(yīng)體系，濃H2SO4作催化劑，在30℃下，攪拌反應(yīng)6h，制備得到生物柴油。采用GC/MS檢測(cè)了生物柴油中脂肪酸甲酯組分的含量和種類(lèi)，結(jié)果表明該生

6、物柴油組分的77.40％由C16和C18的脂肪酸甲酯組成，不飽和脂肪酸甲酯占49.81％，符合替代燃料的組分構(gòu)成要求。
　　 分別按照GB/T386，GB/T6536和SH/T0248測(cè)得生物柴油的十六烷值(CN)為51，黏度(Vis)為2.7mm2/s，冷濾點(diǎn)(CFPP)為-8℃，符合國(guó)家對(duì)生物柴油的相關(guān)指標(biāo)。
　　 (4)采用SAS軟件調(diào)用REG程序，逐步回歸分析了影響生物柴油主要理化性質(zhì)：十六烷值(CN)，黏度(V

7、is)和冷濾點(diǎn)(CFPP)的主要因素，并建立了線(xiàn)性回歸數(shù)學(xué)模型如下：
　　 CN=64.62352-10.17834×5Vis=-1.72955+0.31247×L+0.04228×YC22:1CFPP=2.20015-45.54271×YC16:1-0.93791×YC18:3+15.66380×YC20:0(S-生物柴油的相對(duì)飽和度L-生物柴油的相對(duì)鏈長(zhǎng)Yi-生物柴油中各脂肪酸甲酯的百分含量)結(jié)果表明，關(guān)于CN值的線(xiàn)性模型的

8、R2為87.16％，P<0.0001，模型高度顯著，影響CN值的主要因素為相對(duì)飽和度(S)。黏度模型的R2為90.54％，P=0.015，模型高度顯著，影響?zhàn)ざ鹊囊蛩赜邢鄬?duì)鏈長(zhǎng)(L)和C22:1脂肪酸甲酯的百分含量。冷濾點(diǎn)模型中，C18:3，C16:1，C20:0這三個(gè)脂肪酸甲酯的百分含量影響了冷濾點(diǎn)，模型的R2為88.97％，P=0.03，模型顯著。
　　 應(yīng)用上述模型預(yù)測(cè)本試驗(yàn)制備的生物柴油的CN，CFPP和Vis，分別為：