生物柴油技术之九摘要：伴随着能源危机和环境污染的日益严重，更多的新技术被重视。生物柴油做为一种可再生资源，已经被越来越多的国家提及并研究投入生产。本文简述了生物柴油各种制备方法，重点介绍了酯交换法，并对各类方法简单做了评价。关键词：生物柴油;酯交换法1.前言随着化石燃料的枯竭以及环境污染的日益严重，全球范围内的能源危机使得寻求新的代替型能源已经是必然趋势，生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物、餐饮废油等为原料，通过酯交换工艺制成有机脂肪酸酯类燃料,是典型的“绿色能源”[1]。生物柴油作为一种可再生能源，因十六烷值高、无毒、无硫、可再生以及可生物降解等突出优势成为倍受关注的研究热点课题[2-3]。它具有环保性好、安全性高、低温启动性好、可燃性和润滑性好等优越性[4]。目前世界上超过95%的生物柴油制备是以食用油为原料的，尽管现阶段存在生产成本过高等缺点,但是通过合理开发利用,可以有效缓解石化柴油供应紧张的局面。因此生物柴油具有巨大的发展潜力，将对保证石油安全、保证生态环境、促进农业和制造业的发展、提高农民的收入等产生十分重大的作用[5]。生物柴油的原料来源广泛[6]，如菜籽油、棉籽油、大豆油、花生油、玉米油、猪油、牛油、藻类油脂、餐饮业废油脂等。2.生物柴油的特点生物柴油与石化柴油相比有以下优点：十六烷值较高，大于49(石化柴油为45)，抗爆性能优于石化柴油;含氧量高于石化柴油，可达11%，在燃烧过程中所需的氧气量较石化柴油少，燃烧、点火性能优于石化柴油;不含芳香族烃类成分而不具致癌性,并不含硫、铅、卤素等有害物质；无须改动柴油机，可直接添加使用；生物柴油的闪点较石化柴油高,有利于安全运输、储存；不含石蜡，低温流动性好，适用区域广泛[7-9]。生物柴油是典型的“绿色能源”，生产生物柴油的能耗仅为石油柴油的25%，可显著减少燃烧污染排放;生物柴油无毒,生物降解率高达98%，降解速率是石油柴油的2倍；生产生物柴油适用的植物可以改善土壤，保护生态，减少水土流失；利用餐饮废油脂生产生物柴油，可以减少废油直接进人环境或重新进人食用油系统，有较大的环境价值和社会价值[10]。3.生物柴油的制备方法近年来，实验室研究的生物柴油生产技术非常多，而且针对各种不同的原料进行的工艺试验很多。从反应来讲，涉及物理法、化学催化、生物催化、超临界无催化剂的酯化/酯交换反应。3.1直接混合法直接混合法是将植物油与矿物柴油按一定的比例混合后作为发动机燃料使用。国外研究人员曾用50%植物油和50%的矿物柴油混合作燃料，结果表明曲轴箱变稠，喷油嘴积炭较厚。美国阿拉巴马州罕次准尔大学约翰逊环境与能源中心用1：2的混合燃料(1/3的豆油和2/3的矿物柴油)，结果表明：1/3的脱胶豆油和2/3的矿物柴油混合可代替柴油，他们对该混合燃料进行了900h的耐力试验，发现曲轴箱污染物不多，也未发生变硬和凝胶现象。但是植物油的黏度比柴油高11~13倍，加热到100℃才能接近柴油的黏度。因此柴油机发动时需燃用矿物柴油，正常行驶时候再切换为植物油，但这在运输时这是很难实现的。微乳液法[11,12]微乳液法是将动植物油与溶剂混合制成微乳状液。微乳液是由两种不相溶液体与其它两性分子混合形成胶体分散系统，透明􀀂热力学稳定，且各向同性，分散相粒径为1~150nm之间微乳化法生产生物柴油是利用乳化剂，使植物油分散到猫度较低溶剂中，例如1~5元醇类，从而将植物油稀释，降低猫度，以满足作为燃料使用要求，微乳液组分中含有低沸点成分，因此能改善雾化特性。微乳液法可以在一定程度上改善植物油的性能，但是易出现破乳现象，稳定性差。3.3酯交换法酯交换反应是动植物油脂在催化剂存在或超临界条件下，与低链醇类发生醇解反应生成脂肪酸单酯的反应过程。酯交换反应过程很多因素影响到生物柴油的生产工艺和生物柴油的质量，如原料脂肪酸的组成、脂肪酸的含量、催化剂的种类和用量、低链醇的类别和用量、原料中水含量、反应温度、反应时间、搅拌等。酯交换反应由于催化剂选择的不同主要有酸碱催化法、酶催化法、超临界法。3.3.1酸碱催化法酸碱催化分为均相催化和非均相催化。均相催化主要有酸催化和碱催化，常用的酸碱催化剂有H2SO4、HCl和NaOH,KOH,CH3ONa,CH3OK等。从化学角度来看，各种碱催化剂催化活性中心都是CH3O-，CH3O-可以由甲醇盐解离得到，也可以由NaOH，KOH等碱与甲醇反应得到，CH3O-一旦形成，可以作为亲核试剂进攻甘油酯中的酰基部分生成甲酯。在碱催化系统中，各种碱催化剂的活性是有差别的。传统均相催化法存在副反应多，乳液多，污染严重等问题。而非均相催化剂可以较好地解决催化剂与产物分离的问题，还可以减少废催化剂及水洗废液对环境的污染。非均相催化剂的