地沟油制备生物柴油的方法和现状

钟 鸣 等 利 用 磷 酸 作 为 酸 性 催 化 剂 在 酯 交 换 反 应 中将 地 沟 油 转 变 成 生 物 柴 油 ， 所 得 生 物 柴 油 的 标 准 性 质 与 普 通 的 矿 质 柴 油接 近 。通 过 正 交 实
验 可 以 得 出 用 磷 酸 催 化 制 备 生 物 柴 油 的 最 佳 条
２ ． 建 德 市 新 世 纪实 验 学 校 ，浙 江
３ ． 浙 江 农 林 大 学 工 程 学 院 ，浙 江
宁波
３ １ ５ １ ０ ０ ；
杭 州 ３ １ １ ６ ０ ７ ；
杭 州 ３ １ １ ３ ０ ０ ）
摘 要 ：综 述 了地 沟 油 相 比食 用 油 生 产 生 物 柴 油 的 优 点 ， 地 沟 油 生 产 生 物 柴 油 的 多种催 化 方 法及 各 自的 优 缺 点 和 生物 柴 油 的氧 化 脱 色 。分 析 实 际 生产 过 程 中遇 到 的 困难 及 相 应 的 解
状 。此 外 地 沟 油 对 环 境 也 有 很 大 的 危 害 ， 地 沟 油
在 水 中发 生 一 系 列 的 生 物 反 应 并 产 生 种 类 繁 多 且有毒有 害的醛 和酸污染 空气 ， 另 外 在 发 生 生 物
的地 沟 油 会 重 新 回到 餐 桌 ｌ １ ｌ 。地 沟 油 是 一 系列 废
２ ０ １ ４ 年 第４ ５ 卷 第１ １ 期
浙｝ ２化 工
一 ２ ９ 一
动 力 支 持 的飞 机 。生 物 柴 油 相 比石 化 燃 料 具 有 环
３ ｈ 、 反应 温度 为 ７ Ｏ℃ 、 物 配 比为 ３ ０： １ 、 硫 酸 的 比
保、 低 碳 和节 能 等优 点 。此 外 ， 地 沟 油 在 本 地 取 材 减少交通 运输 ， 降 低 了 生 产 生 物 柴 油 的 成 本 和运 输 过程 中二氧化碳 的排放 ， 且 以 地 沟 油 为 原 料 生
油 的转 化 率 可 达 到 ８ ７ ． １ ２ ％。
综 上可知 ， 用 酸 催 化 法 制 备 生 物 柴 油 避 免 了
因地 沟油 中的 高级脂 肪 酸与 碱进 行皂 化反 应 生
成 高级脂 肪 酸钠 （ 肥皂 的成 分 ） 和 甘 油 而 导 致 反
上 甘三酯 中的甘油取代 下来 ， 使 一个甘 三酯分子
显 的升高 ， 并且产 生毒素 （ 例 如黄 曲霉 其 毒性 是
砷的 １ ０ ０倍 ） ， 严 重 危害 人 体健 康Ｉ ” ， 严 重 情 况 下
修 回 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ８ — ２ ０
作者简介 ： 胡佳 韩 （ １ ９ ９ ６ 一 ） ， 男， 浙 江杭 州 人 ， 本科 ， 研究 方 向 ： 高 分 子材 料 与 工程 。 Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｉ ｎ — ｌ ｉ １ ９ ９ １ ＠ ｆ ｏ ｘ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ。
下生物 柴油的转化率 为 ８ ５ ％以上 。 Ｋ Ｈ Ｓ Ｏ 是一 种稳定 的无机 晶体 ， 在水 溶液 中
电离 出 Ｈ 而 显 强 酸 性 ， 因此 Ｋ ＨＳ Ｏ 能 够 催 化 酯 化 反 应 和 转 酯 化 反应 。 牛俊 、 孙 玉梅 等 『 ｌ ｑ 利用 酸性 催 化剂 Ｋ ＨＳ Ｏ 固体 催 化 地 沟 油 制 备 生 物 柴 油 的 转 酯 化 反 应 ，实 验 表 明该 反 应 的最 佳 条 件 是 ： 反
油 的总称 ：其 中包 括从下 水道 中打捞上来 的油 ，
不 法 商 贩 用 于 生 产 和 加 工 食 品 而 重 复 使 用 的 煎 炸 老油 ， 餐饮 企业 过滤 剩饭 、 剩 菜 而 产 生 的泔 水 油， 加 工 和 提 炼 质 量 低 劣 的 肉类 、 内 脏 和 毛 皮 产 生 的 油Ｉ ２ １ 。地 沟 油 中的 酸 值 、 水分 、 过氧化值 、 丙 二
皇 家 航 空 公 司从 ２ ０ １ ２年 开 始 运 用 以生 物 柴 油 为
足等 ， 甚至会导致人体患上癌症… 。例如食用植物
油 在 多 次 煎 炸 过 程 中会 与 空 气 中 的 氧 气 多 次 接 触 发 生 一 系 列 的水 解 、 氧化 、 聚合等 复杂反应 ， 使 油脂 的油黏度 、 色泽 、 过氧化 值 、 酸 值 等 指 标 有 明
因失 去 甘 油 分 子 变 成 三 个 高 级 脂 肪 酸 醇 酯 ， 其 中
应 用 最 广 泛 的 短 链 醇 是 甲醇 ， 得 到 的脂 肪 酸 甲酯
应 的产 率低 ， 且 具 有反应 时 间短 等优 点 ， 但 是也
存 在 催 化 剂 与 反 应 物 难 分 离 、不 易 重 复 利 用 、 对 设备要求 高 、 反 应 过 程 产 生 大 量废 水 等 缺点 。
处理 的地 沟油 来 生产 生物 柴 油可 以完 全代 替 石
化燃料 ， 而 且 生 物 柴 油 中 十 六 烷 基 和 水 分 含 量 较
高， 因 此 这 类 生 物 柴 油 的 燃 烧 性 能 和 稳 定 性 高 于
普通 柴油 。
件是： 反 应时 问是 ５ ｈ、 反应 温度是 ７ ０℃ 、 醇 油 摩 尔 比例 为 ３ ０： ｌ 、 磷酸用量是油重 的 ８ ％， 在 此 条 件
１ 制备 生物 柴 油 的原 料 与原 理
国 内 外 的 企 业 生 产 生 物 柴 油 的 原 料 主 要 是 植物油（ 最 常见 的有 大豆 油 、 菜 籽 油等 ） ， 但 是 中 国是一个食 油大 国 ， 食 用 油 尚且 不 满 足 于 人 们 日 常的生活 ， 不 可 能将 植 物 油 用 来 生 产 生 物 柴 油 嘲 。 如果利用 地沟油来制 备生物 柴油 ， 不 仅 能 降 低 生 物 柴油 的生产成本 ， 还 能 降 低 地 沟 油 对 人 体 和 环 境 的危 害 。且 以植 物 油 为原 料 生 产 的生 物 柴 油 不
柴 油 中 充 人 一定 量 的 石 油 才 能 使 用网 。 地 沟油 的成分是 甘三酯 ， 生 物 柴 油 的 成 分 是
脂 肪 酸 酯 类 。地 沟 油 制 备 生 物 柴 油 的 原 理 ： 通 过 酯 交 换 反 应 或 转 酯 化 反 应 利 用 短 链 醇 将 地 沟 油
酸值 为 １ ． ８ （ Ｋ Ｏ Ｈ ） ／ （ ｍ ｇ ／ ｇ ） 的生物柴 油 ， 并且 生物柴
醛、 毒素 、 重金 属等一 系 列成 分严 重 超标１ ３ ］ ， 因 此
反应 的同时不断 消耗 水体 中的氧 气 ， 导致水 中的
动 物死 亡 ， 滋 生 了蚊 子 、 苍 蝇 等 害 虫 ， 会 导 致 疾 病 的再 次 传 播 ， 从 而危害人类健康 。 如 今 全 球 石 油 的储 蓄 量 在 逐 年 减 少 ， 并 且 由
酵母酶催化 法。
２ 生 物 柴 油 的 Biblioteka Baidu 备 方 法
２ ． １ 酸 催 化 法 制 备 生物 柴 油
决 办法 ， 展 望政 府 与 企 业 应 重视 生 物 柴 油 的 生 产 ， 并要 求 企业 利 用合 适 的制 备 方 法 来 生产 生 物 柴油 ， 实现 ｉ ｆ ， ０ 益的最大化。
关 键 词 ：地 沟 油 ； 生物 柴 油 ； 催 化 方 法
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６ － ４ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ４ ） １ １ － ０ ０ ２ ８ — ０ ５
包括 包衣酶催 化法 、 固定 化 脂 肪 酶 催 化 法 和 假 丝
甲醇混合在一起 ，利用 ｌ 一 甲基一 ３ 一 丁基咪唑氢氧
化 物 催 化 地 沟 油 与 甲 醇 的 混 合 液 使 其 发 生 酯 交 换 反 应 。试 验 结 果 表 明 ， 以地 沟 油 为 原 料 制 备 生 物柴油 的最佳条 件是 ： 反应 时间为 ｌ １ ０ ｍｉ ｎ、 反 应 温度 为 ７ ０℃ 、 醇 油摩 尔 比为 ８ ： １ 、 催 化 剂 用 量 为 油重 的 ３ ％ ，地 沟 油 转 换 成 生 物 柴 油 的转 化 率 可
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地沟油制备生物柴油 的方法和现状
胡 佳 韩 ，汪 旭 昆 。 ，李 鑫
（ １ ． 浙 江大学 宁波 理工学 院生物 与化学工程学院 ，浙江
例为原料 的 ６ ％。孔 永 平网 先 将 地 沟 油 进 行 水解 反 应， 然 后 用 硫 酸 催 化 地 沟 油 进 行 酯 交 换 反 应 转 化 成 生物 柴油 ， 实 验 表 明 最 佳 的反 应 条 件 是 ： 反 应 时间为 ２ ｈ 、 反 应 的温 度 为 ６ ５ ｃ Ｃ、 硫 酸 的量 为 油 重 的 １ ． ３ ％、 醇 与 油 的 比例 为 ５ ． ３ ： ｌ ， 这 种 方 法 制 备 生
应 时间为 １ ０ ｈ 、 反应 温度为 ８ ０℃ 、 醇 油 的 摩 尔 比
为２ ５ ： １ 、 Ｋ ＨＳ Ｏ 固 体量 为油 重 的 ８ ％。 这 种方 法 可 以将 酸 值 为 １ ０ ９ ． ７ １ （ ＫＯ Ｈ） ／ （ ｍｇ ／ ｇ ） 的 地 沟 油 转 变 成
能 １ ０ ０ ％代替 石油 ，在使用 过程 中需要在 该生物
过 量 燃 烧 石 油 而 引 发 的 一 系 列 严 重 的 环 境 污 染 威胁 了人类在地 球的生存 ， 如 酸雨 、 温 室效应 、 光
消 费 者 长 期 食 用 地 沟 油 会 导 致 身 体 产 生 许 多 不 良反 应 ， 如初期会 表现 出头晕 、 呕吐 、 腹 泻 等 一 系 列 中毒 的现象 ， 后 期会 表 现 出衰 老加 速 、 营 养 不
２ ． ２ 碱 催 化 法 制 备 生 物 柴 油 张 玉 军 “ 】 在 实 验 中将 预 先 处 理 的 地 沟 油 和
即是 生 物 柴 油 。 目前 以地 沟 油 为 原 料 制 备 生 物 柴 油有 两种方 法 ： 化 学 方 法 和 生 物 酶 法 。最 常 见 的 化 学方 法包 括 酸催化 法 、 碱 催 化法 、 固 酸 固碱 两 步 非 均 相 催 化 法 和两 步 均 相催 化 法 。而 生 物 酶 法
物柴油的转化率高达 ９ ０ ％。
产的生物柴油能降低对生物多样性 的危害 。除此
之外 ， 因 为 地 沟 油 中 Ｎ、 Ｓ元 素 的 含 量 很 低 ， 因 此 由 地 沟 油 制 备 的 生 物 柴 油 在 燃 烧 过 程 中 产 生 ＮＯ、 ＮＯ 和 Ｓ Ｏ ： 等 有 毒 有 害 气 体 少 ，对 人 体 健 康 和环 境 保 护 都 有 一定 的 作 用 。最 重 要 的是 由加 氢
据 报 道 中 国是 地 沟 油 生 产 大 国 ， 中 国人 每 年 食用植 物油 和动物 油脂约 为 ２ ２ ５ ０万 ｔ ， 而 每 年 会
产生 ３ ０ ０ ～ ５ ０ ０万 ｔ 的废 油 ，其 中 有 ２ ０ ０ ～ ３ ０ ０万 ｔ
会导 致 急性肝 炎 、 出血性 坏 死 、 干 细 胞 变 性 等 症
化 学 污 染 等 。 国外 许 多 国家 将 地 沟 油 变 成 一 种 新 能源一 生物柴油 来缓解 能源危机 、 环 境 污 染 和 地 沟油 对 人 体 的危 害 。生 物 柴 油 通 常 指 直 接 或 间接 来 自生 物 产 品 ｌ ５ ｌ ， 其 原 料 来 源包 括 地 沟 油 、 植 物 油、 动物油脂 、 工程 微藻 等 。 目前 国 内 的 相关 企 业 也 已经 掌 握 了 地 沟 油 生 产 生 物 柴 油 的 技 术 ， 并 且 地沟油生产 生物柴油 的转化率 由 ７ ０ ％ 上 升 到 ９ ０ ％， 因此 生物柴油 才能 被推广 、 利用 ， 例 如 荷 兰