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《北京科技大学》 2016年
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以餐饮废油为原料制备生物柴油及其副产物利用的研究

马英群  
【摘要】:为避免“地沟油”对人体健康的影响,餐饮废油的管理及资源化越来越引起人们的关注。本研究以餐饮废油为原料、粗甲醇为酯交换剂、FeCl3改性树脂为催化剂制备生物柴油,并以其副产物粗甘油为碳源发酵产油脂,以实现全部废物的资源化。工业生产和清洗过程中产生大量废甲醇。本研究以某化工厂生产聚乙烯醇时产生的粗甲醇作为廉价酯交换剂,将餐饮废油催化转化为生物柴油,在适宜工艺条件下的酯交换率和热值高达(92.64%和40.05 MJ/kg),且满足American Society for Testing and Materials标准。通过研究粗甲醇中所含四类杂质对制备生物柴油的影响,发现醇类杂质既可作为助溶剂又可作为酯交换剂,故可提高酯交换率和热值;有机溶剂类杂质只能起到助溶剂的作用,故可提高酯交换率;酯类杂质(如甲酸甲酯)在酯交换反应中易挥发,对酯交换率和热值均无影响;水分影响餐饮废油与甲醇的互溶,显著降低酯交换率,但当水分与有机溶剂类物质混合存在于粗甲醇中时,负面影响降低。为替代传统的均相催化剂,本研究研制出FeCl3改性阳离子交换树脂固体酸催化剂。氨吸附红外光谱和傅里叶红外光谱的分析结果表明:FeCl3与阳离子交换树脂上的磺酸基团发生络合反应,形成了新的路易斯酸中心。在反应温度90℃、醇油摩尔比10:1、催化剂用量为8wt%、酯交换时间120min,酯交换率可达92%。此外,建立了该催化反应的动力学模型,得出餐饮废油酯交换反应的活化能为35.51kJ/mol。该催化剂避免了设备腐蚀,易与产物分离、可重复利用,同时避免了使用均相催化剂易产生废水的问题。研究了以生物柴油副产物粗甘油为碳源,使Rhodosporidium toruloides32489酵母发酵产油脂的可行性。当种子培养时间24h、培养液中无机氮占总氮的百分比为25wt%、粗甘油浓度为60 g/L、碳氮比为60、接种率为6%(v/v)、发酵时问为7d,此条件下油脂细胞干重为21.32 g/L,油脂含量达49.52%。所产油脂与餐饮废油的组成相近,可作为廉价原材料之一回用于生物柴油的制备过程。本研究为解决餐饮废油的环境污染以及粗甲醇等废物的资源化利用问题提供了一个经济、有效的方法。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE667;X799

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