高分子材料報告
班級:化材四乙
姓名:王偉龍
學號:49740096
老師:謝慶東
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Received 12 October 2007 Received in revised form 24 May 2008
Accepted 21 December 2008 Available online 30 January 2009
Keywords: Biodiesel Waste cooking oil Transesterification Supercritical
methanol
能源轉換和管理
通過基本催化廢食用油生物柴油和超臨界甲醇酯交換反應
1.簡介:
柴油燃料主要是利用在交通運輸，農業，商業，國內發電和工業部門電力/機械
能。替代燃料，生物柴油獲得從植物油和動物脂肪，擁有良好的承諾作為一種環
保型替代柴油[1]。生物柴油最近吸引各地不同國家的巨大關注世界，因為它的
可用性，可再生，無毒，更好地氣體的排放，其生物降解性。生物柴油是從自然
產生的一種可再生能源油脂，可代替石油柴油使用沒有柴油引擎改裝的需要。除
了可生物降解和無毒，生物柴油也基本上是免費的硫和芳烴，生產更低的廢氣排
放比傳統的汽油，而在條款提供類似物業燃油效率[2]。從植物油生產生物柴油
已被廣泛在近年來的研究。許多研究人員都報告在生產生物柴油的幾種方[3-7]。
有四種基本從油脂的生物柴油生產路線：鹼催化酯交換;直接酸催化酯交換;酶
催化[8-12]轉換成其脂肪酸的油然後，成生物柴油，和非催化酯交換使用甲醇[13]
或甲醇/共溶劑[14]。基催化酯交換反應用簡單的酒精植物油早已生產生物柴油的
首選方法。甲醇是最常用的酒精，因為其成本低[15,16]。甲醇生產的各種工藝，
其中最常見的從木材和煤炭蒸餾的液體產品，自然天然氣和石油天然氣。
一鹼催化過程可以達到高純度和產量生物柴油產品在很短的時間（30-60 分鐘）
[17,18];然而，它是非常敏感的反應物的純度。只有以及成品可用於植物油小於
0.5％游離脂肪酸在這個過程中的反應物。當浪費更多的食油比質量分數為 10
％，游離脂肪酸酸催化過程首選，但產品的產量低（82％的質量轉化甲醇超過
200％）時，最常見的硫酸酸是使用[19,20]。生物柴油的商業生產始於 20 世紀 90
年代。生物柴油最近已變得更具吸引力，因為其環境好處。生物柴油行業的限制
因素原料價格上漲，生物柴油的生產成本，原油價格上漲，和能源產品徵稅[21]。
生物柴油的經濟效益行業將包括附加值的原料，增加農村製造業就業崗位的數
量，增加收入稅收，增加在廠房和設備投資，擴大製造業，從工廠運營增加稅基
稅和所得稅，在當前帳戶餘額的改善，和削減醫療保健費用，以改善空氣質量
和溫室氣體減排[22]。生物柴油，主要生產從油菜籽或葵花籽，包括歐洲總量的
80％生物燃料的生產。歐盟佔近 89％，2005 年全球所有生物柴油的生產 1.9 億
升，或超過世界總量的一半。其他國家在 2005 年顯著的生物柴油市場，包括法
國，美國，意大利和巴西[2]。在一般情況下，食油廢物含有大量的在餐館產生
的游離脂肪酸[23]。兩步驟的催化通過過程中，準備從廢食用油生物柴油高酸
值。廢烹調油的游離脂肪酸與甲醇硫酸鐵催化第一步酯化，廢食用油甘油三酯
（TGS）transesterified 在第二次與氫氧化鉀催化的甲醇步驟[24]。生物柴油的
生產成本可以有很大的不同原料，轉換過程中，規模化生產和地區。國際平均
維珍植物油的價格和黃色的油脂用作表 1 給出了在 2007 年生物柴油的生產原
料。原料成本是一個重大的的經濟因素的可行性生物柴油的生產。原料成本一般
佔 80％生物柴油的生產總成本[25]。儘管如此，廢食用油（或使用煎炸油）的
價格為 2.5-3.0 倍比處女植物油便宜，從而可以顯著降低生物柴油的總製造成本
[26]。這項研究的目的是實驗探討如何影響溫度甲醇/油比，催化劑濃度從廢食用
油生物柴油的產量。最重要的因素，影響酯產量，主要有：溫度，停留時間，催
化劑的醇油摩爾比，百分比。該文件的最重要的貢獻為生物柴油研究人員是產品
特性。
表1
處女植物油和黃油用作國際平均價格原料生產生物柴油在 2007 年（美元/噸）。
毛棕櫚油油 703
菜籽油 824
Soybeen 油 771
廢烹調油 224
黃色油脂 412
來源：REF。 [26]。
2.實驗
2.1。材料
浪費烹調油食用植物油樣品實驗中使用。樣品轉化為甲基酯由基催化和非催化超
臨界甲醇酯交換方法。
2.2。前處理
收集的廢烹調油離心過濾除去焚燒食品位，等預熱以去除不受歡迎的水分目前在
石油。食用油加熱到 395 K 來刪除所有的水目前在石油。
2.3。催化酯交換法
劇烈攪拌成甲醇溶解催化劑（氫氧化鉀）在一個小反應堆。石油是轉移到生物柴
油反應器然後催化劑 /酒精的混合液泵入油。最後混合攪拌 2 h 後大力在
313-380 ± 2 K。成功酯交換反應產生兩個液相：酯和粗甘油。粗甘油，較重的
液體，在底部收集沉澱後的幾個小時。相分離可以觀察到 10 分鐘內，可在 2 h
內完成解決。完整的解決可以採取只要 20 小時後解決完成後，加水的體積在 5.5
％的速度甲基酯油，然後攪拌 5 分鐘，並允許甘油再次解決。洗衣機酯是一個
兩步的過程，這是開展與格外小心。阿水的洗滌液由量的石油和 1 克每升的鞣酸
率 28％加水的酯，並輕輕地激動。空氣是經過精心同時攪拌成的水層中引入
非常輕柔。這個過程繼續，直到酯層變得明確。定居後，水溶液排水和水單獨的
石油量增加 28％，最後經洗滌 [3]。2.4。超臨界甲醇酯交換法超臨界甲醇酯交
換運行完成了 100 毫升的圓柱形。樣品被載入進入高壓滅菌器的螺栓孔，孔與
插入每次運行之後，螺釘螺栓。在一個典型的運行，高壓滅菌器被控一定量的廢
食用油（20-30 克）和甲醇（5-50 克）摩爾比改變。高壓釜提供的熱量從外部加
熱，功率調整大約 30 分鐘的加熱時間。溫度反應容器用鐵 - 康銅熱電偶和控
制在± 5 30 分鐘 K。酯交換反應發生在采暖期。
3.結果與討論
3.1。廢食用油，生物柴油和柴油的性能比較燃料廢烹調油和葵花籽的脂肪酸成
分油表 2 中給出。向日葵的亞油酸（18:2）的內容種子油和廢烹調油，葵花籽獲
得石油，分別為 72.9％和 65.2％。亞油酸含量增加在烹調和其他脂肪酸含量下
降的過程。表 3 顯示了比較廢食用油的屬性，從廢食用油和商業柴油的生物柴油。
“生物柴油和柴油燃料的特性，在一般情況下，表現出許多相似之處，因此，生
物柴油作為一個現實的燃料被評為替代柴油的。這是由於這樣的事實，轉換浪費
成甲基酯通過酯交換食油過程大約減少到 onethird 分子量，減少了約七分之一
的粘度，減少閃光燈點略有增加輕微的波動，並減少傾點相當。鹼催化過程的限
制之一是它的靈敏度水和游離脂肪酸。游離脂肪酸可與反應鹼催化劑生產的肥皂
和水。額外的氫氧化鉀用於高酸價油酯化。在催化方法，水的存在對產量的負面
影響甲基酯。在催化酯交換反應的游離脂肪酸和水一直以來的存在產生負面影響
游離脂肪酸和水肥皂形成的原因，消耗催化劑並降低了催化劑的有效性。水的存
在有更大的負面影響比游離脂肪酸。 Ma 等。[27]指出，含水量應保持在 0.06
％以下。
表2
葵花籽油和廢烹調油的脂肪酸成分。脂肪酸葵花籽油廢烹調油葵花籽油
16:05.46.8
16:10.10.4
18:02.93.7
18:00 118.722.8
18:00 0272.965.2
18:00 03 分 00.1
表3
廢食用油的屬性比較，生物柴油從廢食用油商業柴油。燃油財產廢物食油廢物生
物柴油食油商業柴油燃料運動粘度（平方毫米/秒，在 313 K）36.45.31.9-4.1
的密度（公斤/升，在 288 K 的）0.9240.8970.075-0.840
閃點（K）485469340-358
傾點（K）284262254-260
十六烷值 495440-46
灰分（％）0.0060.0040.008-0.010
硫含量（％）0.090.060.35-0.55
殘炭（％）0.460.330.35-0.40
水含量（％）0.420.040.02-0.05
熱值較高
（兆焦耳/公斤）
41.4042.6545.62-46.48
游離脂肪酸（毫克 KOH /
3.2。鹼催化酯交換反應的變量與酯交換反應的催化劑或閒置的收益，任何使用
小型或中型的一元脂肪的催化劑有 1-8 個碳原子的醇如下[28]：甘油三酯 Þ 一元
醇$甘油 Þ 單烷基酯 ð1Þ 在酯交換甲酯產量影響的變量反應，如催化劑含量，反
應溫度和酒精的摩爾比葵花籽油進行了調查。配比進行酯交換反應需要的酒精和
一摩爾甘油三酯三個產量 3 脂肪酸酯和甘油摩爾痣。高摩爾比在更大酯生產在
較短的結果時間。
3.2.1。甲醇的比例生物柴油產量的影響圖情節 1 顯示了生物柴油的形式食油廢
物的產量油與甲醇的比例，使用氫氧化鉀催化甲醇的方法。由於甲醇的比例增
加，生物柴油的產量顯著改善和生物柴油的產量增加是非常尖銳介於 0％和 30
％的甲醇運行。檢查結果表明，甲醇的比例是最重要的的獨立因素影響生物柴油
的產量。有一個甲醇的比例更高，但所需的能量更高的收益率回收甲醇變得更
高。摩爾比甲醇廢食用油是最重要的工作之一變量影響的生物柴油產量。摩爾比
更高的結果在較短的時間在更大酯生產。
3.2.2。溫度對生物柴油的產量酯交換反應可以發生在不同的溫度和溫度的影響
反應速率和生物柴油的產量。有人認為，提高反應溫度，特別是超臨界溫度對產
量產生有利的影響生物柴油[3]。圖情節 2 顯示了生物柴油的形式食油廢物的產
量石油與溫度使用氫氧化鉀（KOH）催化甲醇的方法。據指出，增加反應溫度
對生物柴油產量的有利影響，但是，沒有正規的生物柴油產量增加。
3.2.3。催化劑對生物柴油的產量圖情節 3 顯示了生物柴油的形式食油廢物的產
量油與催化劑（氫氧化鉀）用氫氧化鉀催化甲醇法。這是清楚地表明，增加生物
柴油的產量，然後達到最佳催化劑的重量在 5-6％轉換。然而，當催化劑含量進
一步增強，6％的小生物柴油的產量下降。因此，此值從食油廢物生產生物柴油
的選擇。
3.3。超臨界甲醇酯交換的變量圖 4 顯示了該地塊的生物柴油的形式浪費烹飪產
量油在不同的溫度下使用超臨界甲醇 VS 時間的方法。超臨界甲醇酯交換反應
反應進行了 520，540 和 560 K.這是觀察提高反應溫度有一個有利的影響
沒有任何催化劑生物柴油的產量。如圖。 4，即使反應後，生物柴油產量的收益
率相對較低 1200 S 和 1800 秒隨著溫度的升高，產量提高顯著。甲醇摩爾比為
廢食用油，也是一種最重要的變量影響甲基酯的產量。高摩爾比在更大酯生產在
較短的結果時間。食油樣本 transesterified 1:6-1:41 蔬菜在超臨界甲醇條件下油
醇摩爾比。在此反應，過量甲醇的使用，以產品的方向轉變的平衡。相反催化甲
醇酯交換法，一項研究中水的存在，影響積極的形成甲基酯在超臨界甲醇法
[28]。自廢烹調油中含有水和游離脂肪酸，超臨界酯交換提供了很大的優勢，以
消除預處理和運營成本。由此可以得出結論，生物柴油超臨界酯交換可擴展產生
的高甲基酯（99.6％），幾乎是純甘油（96.5％）的純度達到作為副產品。總的
結論是，這個過程可能與現有的鹼催化過程中的競爭力。由於高新鮮蔬菜油的成
本，廢食用油可能用於生產生物柴油的價格相對便宜[23,29]。生物柴油的特點決
定其粘度，密度，十六烷值，雲和傾點，特點蒸餾，閃光燈和燃燒點和熱值較高
（HHV）[30]。從廢食用油生物柴油的性質接近商業柴油（見表 3）。
3.4。溫度測量精度外部加熱器關閉時所需的溫度達成。然而，當加熱器被關閉，
溫度對於一個給定的時間去增加。在某些情況下這種增加可能會導致結果的戲劇
性變化。溫度控制是非常重要的，尤其是在超臨界條件下。由於這些原因，進行
溫度測量出合理的相對獨立的測定標準偏差（RSD）。 RSD 為 1.4 的溫度估
計為測量。
4.結論
從廢烹調植物油得到生物柴油已認為是一種可行的選擇。廢食用油可用用於生產
生物柴油的價格相對便宜的比較新鮮蔬菜油成本。水和游離酸含量在催化的重要
因素酯交換反應的植物油。酯交換反應原油廢油了產量低得多，由於高水平油中
的游離脂肪酸。超臨界甲醇的巨大優勢是：（一）沒有催化劑（二）不敏感，水
和游離脂肪酸;（三）廢食用油中游離脂肪酸 transesterified 同時。
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