微波協同離子液體［Bmim］Cl催化制備生物柴油最優條件的研究*

耿 哲，祁正興，李志強，李欽玲

（青海民族大學化學與生命科學學院，青海西寧 810007）

引言

隨著石油資源的日益減少和石油需求量的逐漸增加，使人們將研究重點轉向尋找新的可再生燃料資源.各種太陽能、生物質能及其他可再生能源將取代石油和煤炭，并逐步成為未來的主要能量來源.生物柴油一般是由動植物油脂經甲醇酯交換反應得到，一般采用酸、堿或脂肪酶作為催化劑［1］.生物柴油制備方法通常有以下幾種［2］.

1）高溫熱裂解法 王一平等［3］對植物油的熱裂解進行了一些研究，以生物質為原料熱裂解的方法合成生物柴油.

2）酸催化法 宋庭禮等［4］利用高酸值動植物油作為原料，硫酸為催化劑，40～85℃的反應溫度下，然后分相、脫色，得到生物柴油.

3）酶催化法Haas等以乙醇、甘油三酸酯、脂肪酶（IM20 lipase或CE lipase或PS－30 lipase）為原料合成生物柴油.鄧利等［5］以固定化假絲酵母脂肪酶催化油酸與甲醇反應得到生物柴油.

4）堿催化法 朱長江［6］先用硫酸鋁將動物油進行處理，分離出其中的雜質，然后再將凈化后的動物油與甲醇鈉、甲醇反應合成生物柴油.

5）微波協同離子液體催化法劉作華等以離子液體1－丁基 －3－甲基咪唑四氟硼酸鹽（［Bmim］BF4）為催化劑，以菜籽油為原料，微波加熱的方法制備生物柴油.

本文以微波協同離子液體催化法研究了以菜籽油為原料，1－丁基 －3－甲基咪唑氯代鹽（［Bmim］Cl）為催化劑，制備生物柴油，以設計正交實驗的方法研究了微波溫度、反應時間及反應溫度對生物柴油產率的影響.

1 實驗部分

1.1 實驗主要儀器

微波合成儀UWAVE－1000，為上海新儀微波化學科技有限公司產品;LC－10AT型高效液相色譜儀，為日本島津公司產品.

1.2 實驗原料試劑

市售青海漢堯菜籽油;自制離子液體［Bmim］Cl，質量分數為:98.5%;甲醇和 NaOH（化學純），天津市大茂化學試劑廠產品.

1.3 實驗方法

實驗取m（菜籽油）∶m（甲醇）=6∶1，加入質量分數為1.1%離子液體［Bmim］Cl和適量的NaOH于四口燒瓶中［7］，放入微波催化合成儀中，在設定的時間、微波功率和反應時間下進行酯交換反應.反應結束后，將產物轉入分液漏斗中靜置分層.上層為生物柴油，下層為丙三醇和催化劑等，然后分離進行檢測.反應式如下:

2 結果與討論

2.1 正交實驗

采用正交實驗法對微波協同離子液體［Bmim］Cl催化制備生物柴油的最優合成條件進行初步考察，以微波功率、反應時間、反應溫度為因素，進行3因素3水平的實驗，因素水平見表1，結果見表2.

由表2可知，微波功率最優組合為2水平、反應時間為2水平、反應溫度為2水平，由此可得，在［Bmim］Cl催化下，微波協同制備生物柴油的最優反應條件為微波功率600 W、反應時間15 min、反應溫度60℃.

2.2 最優組合重復實驗

由上述所確定的微波協同離子液體［Bmim］Cl催化制備生物柴油的最優組合:微波功率600 W、反應時間15 min、反應溫度60℃.在該條件下進行了5組重復性實驗，生物柴油產率結果分別為89.54%、89.77%、89.23%、89.88%、89.35%.因此，在最優條件下生物柴油的產率可達89%以上，實驗結果的重現性較好.

2.3 產品的表征

用LC－10AT型高效液相色譜儀對產物進行了分析，采用流動相為V（丙酮）∶V（乙腈）=1∶1，流速為1.0 mL/min，色譜柱為ODS－2柱（150 mm×4.6 mm，5μm）柱溫40 ℃，檢測波長為210 nm.產物液相色譜如圖1所示.由圖1可以看出，除在2 min處有峰外，在3 min左右有其他峰的出現.這說明甘油三酯被消耗生成了脂肪酸甲酯，即生成了生物柴油.

圖1 生物柴油產品液相色譜圖

［1］劉作華.微波－離子液體催化菜籽油制備生物柴油的研究［J］.壓電與聲光，2008，30（5）:634 －638.

［2］張呈平.生物柴油的合成和使用研究進展［J］.工業催化，2005，13（5）:9 －14.

［3］王一平，翟怡，韓振亭，等.生物柴油制備方法研究進展［J］.化工進展，2003，23（2）:8－12.

［4］宋庭禮，朱向平.用高酸值動植物油生產生物柴油的方法［P］.CN:1412278A，2003.

［5］鄧利，譚天偉，王芳.脂肪酶催化合成生物柴油的研究［J］.生物工程學報，2003，19（1）:97 －101.

［6］朱長江.一種用動物油制取的生物柴油及制取方法［P］.CN:1400281A，2003.

［7］酯交換技術制備生物柴油的研究［D］.杭州:浙江工業大學，2005.