地区：上海市 宝山区
关键词：广西大学;广西科学院
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000003751
成果描述：
| 课题来源与背景：该课题为广西科学技术研究与技术开发计划项目(桂科攻04280005-18),由广西大学和广西科学院共同承担。随着石油资源的枯竭，油价不断上升，生物柴油的开发日益受到重视。生物柴油的主要成分是脂肪酸短链酯，如脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯等，原料主要来源于植物油，比如：葵花油，棕榈油，棉籽油，油菜籽油，大豆油，花生油等，也可以是动物的脂肪。合成生物柴油的主要方法为酯交换法，根据不同的催化剂，酯交换法可分为碱催化酯交换法、酸催化酯交换法、生物酶催化酯交换法、超临界甲醇酯交换法等。碱催化法是酯交换反应使用最广泛的催化方法，也是工业上使用最多的方法。使用碱催化的优点是反应条件温和、反应速度快，同时由于碱催化时的甲醇用量远比酸催化的低，因此工业反应器可以大大缩小。另外碱性催化剂的腐蚀性比酸性催化剂弱得多，在工业生产时可以采用价廉的碳钢反应器。但是碱性催化剂也存在一些缺点，如碱性催化剂对游离脂肪酸比较敏感，因此对油脂原料的酸值要求比较高。像废弃油脂这一类的高酸值原料，需要经过脱酸或预酯化后才能进行碱催化的酯交换反应。 由油脂与甲醇催化合成生物柴油的成本较高，存在的主要问题是催化剂的价格及其合成工艺的选择，如采用均相催化，对原料处理要求高，合成生物柴油工艺后处理复杂，而使用的固体酸催化剂成本较高。西部地区具有丰富的植物资源，其中麻风树、桐油、山茶油等产油植物的种植越来越多，但生物柴油产业还比较落后。该项目的目的是研制一种高效低成本的改性膨润土固体碱催化剂，即以具有自主知识产权的改性膨润土为原料，制备生物柴油生产用的高效层状膨润土。技术原理和性能指标：该技术的原理为传统的碱催化为液体碱催化，催化反应完成后，催化剂的分离及回收比较复杂，导致生产成本上升，并产生环境污染。该项目开发的催化剂是将传统的氢氧化钠强碱催化剂负载于膨润土上，使之变为固体碱催化剂，反应完成后只需简单的过滤操作就可以实现催化剂的分离与回收。开发出合成膨润土催化剂的制备技术，且仅用油料质量3%的催化剂，生物柴油转化率＞97%，超过项目总体目标催化剂用量＜8%的总体目标；已发表相关技术的论文5篇、其中一篇被SCI收录；申请中国发明专利3项；培养了4名硕士生和2名博士生，完成3篇硕士论文。已用制备的膨润土固体碱催化剂完成生物柴油合成工艺放大试验，并取得了成套小试工艺参数。由于正在对提高膨润土固体碱催化剂的稳定性进行研究，因而暂缓催化剂生产中试示范基地的建立。与国内外同类技术比较： 该项目成果可以应用于生物能源转化与利用领域，更具体为用于生物柴油的碱催化合成工艺的新型固体碱催化剂研发。已属国内领先水平。成果的创造性与先进性：成果的创新性首先体现在解决了氢氧化钠强碱的负载性问题，氢氧化钠是催化转酯化反应的优良催化剂，但是其溶解性好，很难负载。该项目把膨润土进行酸活化，把氢氧化钙负载到膨润土的酸活性中心，再利用氢氧化钠与氢氧化钙的亲和性好的特性，实现了氢氧化钠的负载，从而解决了碱液回收和污染的问题。以廉价易得的膨润土为负载材料开发出一整套催化剂制备技术，不仅可以为膨润土的深加工利用提供了一种新思路，采用该项目的催化剂合成生物柴油也具有成本上的优势。推广应用前景：中国膨润土矿资源丰富，探明储量的矿区总保有储量矿石24.6亿吨，居世界第一位，其中广西占全国储量的26.1%。膨润土具有价格便宜，比表面积大，吸附性能好等优点。该研究针对生物柴油的生产过程（原料油精炼––生物柴油催化合成––生物柴油精炼）设计了一系列改性膨润土材料，不但能生产出性能优良及价格低廉的膨润土改性产品，且对改进生物柴油生成技术、拓宽膨润土的利用范围和发展区域经济都具有重要的意义。因此，利用膨润土催化合成生物柴油，将是一种非常有发展前景的实用生产技术。另一方面，随着矿物柴油的用量增加及石油资源的日益缺乏，生物柴油的合成前景良好，而大规模低成本合成生物柴油，除了原料油脂的种植外，合成催化剂便成为最重要的影响因素。该项目制备的固体碱催化剂具备了成本低、性能好的优势，因而应用前景良好。 |
