地沟油制备肥皂的研发实验方案

地沟油制备肥皂的研发实验方案

一、实验背景和任务

1、实验背景

我国每年产生大量的地沟油，这些废油脂直接排放污染环境，流向餐桌危害人们健康。但是，经预处理后，地沟油可用作工业原料，生产生物柴油、肥皂等有价值的工业产品，从而实现在废物回收利用的同时获得经济效益。

2、实验任务

本项目拟采用餐饮废弃地沟油为原料，经除杂、脱胶、脱色、除臭、除水等预处理后对获得的皂基进行盐析、水洗、干燥、定型，制备不伤皮肤且去污能力强的肥皂，并对其工艺过程进行优化，实现废物回收并获得经济效益。

二、地沟油的获取

三、地沟油性质测定

实验材料：地沟油

实验试剂：无水乙醇氢氧化钾盐酸碱性蓝 6B指示剂百里香酚酞指示剂冰乙酸磷酸二氢钾抗坏血酸钼酸铵双氧水浓硫酸石油醚无水甲醇

1、熔点

取部分试样于烧杯中，加热使其融化，将毛细管(径 1.0-2.0mm,外径1.3-1.6mm，壁厚0.15-0.2mm，长度50-60mm)一端插入，吸取试样，高度为10±2mm,迅速擦去粘附在外壁的油脂，冷却凝固。置于-12～-10℃的冷浴中5分钟。然后用橡皮圈将毛细管固定在温度计上，试样与温度计水银球平齐。

在500ml烧杯中注入半杯先煮沸后冷却至15℃的水，将固定有毛细管的温度计悬挂在水中，水银球距底面30mm.开始加热并搅拌，开始时升温速率为3-4℃／min，接近熔点时，控制升温速率为0.5℃／min。当毛细管的油脂开始上升时，记录此时的温度为该油脂的熔点。

2、水分

在预先干燥至恒重的称量瓶（重量记为M0）中称取10g摇匀的试样（称量瓶和样品的总重量记为M1）,称量精确到0.001g。把装有式样的称量瓶放入103±2℃的干燥箱中保温1小时。取出称量瓶，立即放入干燥器重冷却至室温后称量（称量瓶和式样的重量记为M2）。重复加热，冷却及称重的步骤，每次复烘时间为30分钟，直至前后两次称量的差值不超过0.004g为止。

M1-M2

水分（﹪）=100×

M1-M0

3、机械杂质

将砂芯漏斗放入103℃烘箱中烘30分钟，在干燥器中冷却后称重（重量记为M1），精确至0.001g。在250ml烧杯中称取20g混匀的试样（重量记为M0），精确至0.01g。加入200ml石油醚，搅拌使试样溶解。然后抽滤，用石油醚清洗烧杯确保所有的杂质都洗入漏斗中，同样用石油醚洗涤漏斗，至无油迹为止。将漏斗放入103℃烘箱中烘干溶剂，取出后在干燥器中冷却并称重（重量记为M2），精确至0.001g。

杂质（﹪）= 100×(M2-M1)÷M0

4.酸值

将50ml无水乙醇置于锥形瓶中，再加入0.5ml百里酚酞指示剂，加热至沸腾，用0.1mol／LKOH滴至溶液变蓝，保持15秒不退色，即得中性乙醇。然后将中性乙醇溶液倒入另一个装有0.5g试样的锥形瓶中，充分混合、煮沸，用0.1mol ／LKOH标准溶液滴定至溶液变蓝，滴定过程充分摇动，保持15秒不退色即达到终点。

酸值（mgKOH／g）=56.1×V×C÷M

V——滴定样品小号的KOH溶液体积，ml

C——KOH标准溶液的实际浓度，mol／L

M——试样质量，g

56.1——KOH的摩尔质量。

5、皂化值

称取2g(M)样品至250ml磨口锥形瓶中，准确到0.001g。用移液管移入20ml 0.5mol／LKOH-乙醇溶液，装上回流冷凝管，不时摇动，加热回流一小时，然后取下锥形瓶，滴入0.5ml碱性蓝6B指示剂，趁热用0.5mol／L(C)盐酸标准溶液滴定至粉红色消失(消耗体积为V1)。同时，在另一组实验中，不加样品，只用移液管移入20ml 0.5mol／LKOH-乙醇溶液，并用标准盐酸溶液滴定(消耗体积为V0)，形成空白实验。

皂化值（mgKOH／g）=(V0-V1)×C×56.1÷M

6、磷脂

标准曲线制作：取 0mL、0.1mL、0.3mL、0.6mL、0.9mL、1.2mL、1.5mLKH2PO4标准溶液（含磷 0.005mg/mL），分别置于 7 只 25mL 具塞比色管中，补加水至10mL，再依次加入浓硫酸 1.0mL，0.06g/mL 钼酸铵溶液 1.0mL，10%抗坏血酸溶液 0.7mL，加塞、摇匀。将比色管置于 75℃水浴中保温显色 20min，取出后在冷却水中冷却10min，在波长 820nm 处，用 1cm 比色皿，以 0 号管作参比，用分光光度计测定吸光值。以含磷量为横坐标，对应的吸光值为纵坐标作标准曲线。

称取 1g（准确到 0.001g）油样于 10mL 具塞离心管中，加入 2mL甲醇和

1mL 冰乙酸，加塞，剧烈震摇 2min，以 3000r/min 速率离心 2min，取上清液 1mL 于 50mL 锥形瓶中，加 0.7mL 浓硫酸，2mL 双氧水，置于电炉上消化至无色，然后转移至 25mL 具塞比色管中，用水定容至 10mL。再加入钼酸铵溶液 1.0ml，

10%抗坏血酸溶液 0.7ml，加塞、摇匀。将比色管置于 75℃水浴中保温显色 20min，取出在冷却水中快速冷却用水稀释至 25mL，充分摇匀，10min 后，用分光光度计在波长 820nm 处，用 1cm 比色皿，以空白为参比，测定吸光度。

磷脂含量（mg／kg）=P×25×3÷12.7÷m

式中：P—标准曲线查的磷量，μg；

3—提取液体积，mL；

25—样品稀释体积，mL；

12.7—标准液稀释体积，mL；

m—试样质量，g。

四、实验前期预处理

1、脱胶

脱胶是除去地沟油中的磷脂、蛋白质以及其他结构不明的胶质和粘液质。胶体的存在会影响到地沟油的品质和储存稳定性；在后续的洗涤过程中，磷脂的存在会引起乳化，造成油相和水相分离困难，产物损失较大。传统的脱胶方法有水化法和酸化法；发展衍生的方法有：超滤法、酶法等。传统方法操作简单、效果一般，衍生方法效果明显，但操作难度较大。本实验选用酸化-水化联合法对地沟油进行脱胶处理。

实验容：准确称取100g地沟油与250ml烧杯中，然后加入0.2g磷酸，于60℃

水浴中搅拌20min；然后再加入4.0g蒸馏水，于60℃水浴中继续搅拌30min,静置沉降一小时，取上层油样测定磷脂含量，计算脱胶率。

脱胶率计算公式：

脱胶前磷脂含量-脱胶后磷脂含量

脱胶率（％）= ×100

脱胶前磷脂的含量

酸化-水化联合脱胶条件优化

（1）单因素试验按照上述实验容中酸化-水化联合脱胶的步骤进行实验。考察脱胶温度、磷酸用量、酸化时间、水用量和水化时间对脱胶率的影响。

脱胶温度分别为：40℃、50℃、60℃、70℃、80℃；磷酸用量分别为：0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%；酸化时间分别为：10min、20min、30min、40min、50min；水用量分别为：1%、2%、3%、4%、5%；水化时间分别为：10min、20min、30min、40min、50min。

（2）正交试验根据单因素实验结果选取对脱胶率影响显著的因素温度（A）、酸化时间（B）、水用量（C）和水化时间（D）进行四因素三水平正交试验因素表如下：

2、脱色

为了制取颜色浅的肥皂和外观品质好的生物柴油，地沟油需进行脱色处理。脱色的目的是除去地沟油中的色素和有色物质。常规的脱色方法主要有：化学法和物理法。化学法是脱色剂通过氧化或还原作用将色素和有色物质破坏掉；物理法是用吸附剂，如活性炭、活性白土、硅藻土、沸石、膨润土等吸附除去油脂中的色素和有色物质。

实验材料：地沟油

实验试剂：本实验所用的主要试剂为双氧水和膨润土。

仪器名称型号

电热恒温水浴锅DZKW-D-2

应变式电子天平JY1002

电动搅拌器JJ-1

紫外可见分光光度计752

电子分析天平BS400S-WE1

烧杯250ml

实验容：用烧杯取一定量的地沟油，将其置于所需温度的水浴锅，加入所需体积的双氧水，开始搅拌一定时间，然后再加入所需量的膨润土，继续搅拌一定时间，停止反应，过滤除去脱色剂，取样测定吸光度，计算脱色率。

脱色率计算：用分光光度计，于 580nm 波长处，用 1cm 比色皿，以蒸馏水做参比，测定脱色前和脱色后地沟油的吸光度。

脱色条件的优化

（1）、单因素试验

考察脱色温度、双氧水的用量、双氧水脱色时间、膨润土用量、膨润土脱色时间对脱色率的影响。

温度分别为：60℃、70℃、80℃、90℃、100℃；双氧水用量分别为：0.04mL/g、0.08 mL/g、0.12 mL/g、0.16 mL/g、0.20 mL/g；双氧水脱色时间分别为：0min、

10min、20min、30min、40min；膨润土用量分别为：4%、6%、8%、10%、12%；膨

润土脱色时间分别为：10min、20min、30min、40min、50min。

（2）、正交试验

根据单因素实验结果选取温度（A）、双氧水用量（B）、双氧水脱色时间（C）、硅

藻土用量（D）和硅藻土脱色时间（E）5 个因素，进行五因素三水平正交试验。

因素水平表：

五、肥皂制备

1、实验材料、试剂与仪器

实验材料：采用经脱胶、脱色预处理后的地沟油

实验试剂：氢氧化钠氢氧化钾盐酸 95%乙醇无水乙醇硝酸硝酸

银硫氰酸按硫酸铁（三价）铵酚酞甲基橙

仪器名称型号

电热鼓风干燥箱101-1

电热恒温水溶锅DZKW-D-2

磁力加热搅拌器79-1

电子分析天平BS400S-WEI

应变式电子天平JY1002

2、实验原理

甘油三酯在碱条件下水解生成皂，同时游离脂肪酸与碱中和也生成皂，反应方程

式如下：

3、实验方法

（1）氢氧化钠的用量

RCOOH （脂肪酸）+ NaOH RCOONa （钠皂）+ H2O

CH2OOCR1

|

CH2OOCR2 （甘油三脂）+ 3NaOH

|

CH2OOCR3

CH2OH

|

CH2OH （甘油）+

|

CH2OH

R1COONa

R2COONa （钠皂）

R3COONa

NaOH理论用量（g/g）=40X SV / 56X1000

式中：SV—地沟油皂化值，mgKOH/g

40—NaOH分子量，g/mol

56—KOH分子量，g/mol

NaOH实际用量

为了使皂化反应进行完全，通常加碱量比理论值要大，超出理论用量的碱为超碱量，故NaOH实际用量（g/g）=理论用量x(1+超碱量)

（2）皂化率测定

皂化反应条件优化

1、单因素实验

考察皂化温度、加水量、超碱量和皂化时间对造化率的影响。选取的皂化温度分别为：45℃、55℃、65℃、75℃、85℃；加水量分别为油重的：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5倍；超碱量分别为0%、2%、4%、6%、8%；皂化时间分别为：1h、2h、3h、4h、5h。

2、正交试验

根据单因素结果选取造化温度（A）、超碱量（B）和皂化时间（C）3个因素，进行三因素三3

9

实验分析不同水平的温度、加水量、超碱量和皂化时间对皂化率的影响，得出再佳造化温度、超碱量和皂化时间，通过单因素实验，选取对造化率影响最显著的三个因素，即皂化温度（A）、超碱量（B）和皂化时间（C），进行三因素三水平正交试验L9(33)，试验结果表格设计如下：试验号 A B C 皂化率

1 1 1 1

2 1 2 2

3 1 3 3

4 2 1 2

5 2 2 3

6 2 3 1

7 3 1 3

8 3 2 1

9 3 3 2

均值1

均值2

均值3

极差

根据上表的极差大小分析，可得出对皂化反应影响最大的因素，按照正交试验得出最优皂化条件，从而可提高皂化率。