木质素基固体酸直接催化高酸值小桐子油制备生物柴油

生物柴油的主要化学成分为长链脂肪酸单酯,具有润滑性能好、燃烧充分、储运安全、抗爆性好、环境友好等特点,可以作为石化柴油代用品或与石化柴油混合使用。在过去的10年里,全球生物柴油市场呈现出极速稳定的增长。原料成本占生物柴油生产成本的60~80%,廉价油脂原料的寻找和开发成为必然趋势。生物柴油的高需求和大量生产,必然引发可再生原料的全球投资热潮,如非食用原料如动物油脂、小桐子油、亚麻油、油藻等。然而廉价的油脂多为低品质油脂,杂质较多。对此,合适的催化材料是实现生产工艺经济性反应的关键,绿色催化剂的应用将有助于提高反应原料的利用率,减少废物,降低生产成本。研制活性高、选择性好、易于分离、制备工艺简单、成本低、毒害小且能够回收使用的绿色催化材料,成为催化领域努力地方向。

  我园生物能源组(http://brg.groups.xtbg.ac.cn/)与Universiti Kebangsaan Malaysia联合培养的博士生潘慧琳小姐在郭峰博士和导师方真研究员的指导下,以造纸厂 “黑水”提取的木质素为原料合成了碳质固体酸催化剂,并用于生产生物柴油。木质素由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联接而成,是具有三维结构的芳香族高分子化合物。苯基丙烷的结构与糖基固体酸的层状芳环炭结构类似,因此木质素具有作为固体酸载体合成原料的潜力。表征发现S元素在生物基炭质催化剂上以-SO3H形式存在,且-SO3H与芳环无定形炭以C-O-S键连接。催化剂比表面积为54.8 m2/g,S含量为5.6%,磺酸基团密度为2.1 mmol/g。所制备催化剂用于催化油酸与甲醇的酯化反应,在80 oC反应5 h,酯化率可达97%;用于催化小桐子油(酸值,12.7 mg KOH/g)与甲醇的转酯化反应,在220 oC反应5 h,生物柴油率可达96%。近日,文章(Direct production of biodiesel from high-acid value Jatropha oil with solid acid catalyst derived from lignin 2011, 4:56)在国际期刊《Biotechnology for Biofuels》发表:http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/4/1/56

  同时,方真研究员还组织世界各地的生物柴油的专家,编辑了一本生物柴油生产,性能和应用的专著{J. M. Marchetti, Zhen Fang (Editors), Biodiesel: Blends, Properties and Applications (Hardback). New York: Nova Science Publishers, Inc., ISBN 13: 9781613246603 ISBN 10: 1613246609, Sep. 2011.}, 近日,由纽约NOVA Publishers出版:https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=21023。

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