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生物柴油制备的工艺方法及其原料分析 根据世界各国的不同情况，目前生产生物柴油所用的原料主要有以下几种： （1）植物油脂 早期，生物柴油生产原料是一些含油量高的植物。植物油脂可以分为两类， 草本植物油脂和木本植物油脂。 草本植物油脂主要包括菜籽油、大豆油、花生油等。这些油主要由棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸组成，既可食用，也是制备生物柴油最理想的原料之一[12]。例如我国是世界上最大的棉花生产国，有大量的棉籽资源。但因榨油技术水平低、出油率低，还有大量棉籽没有榨油利用，这就为生物柴油提供了一条重要原料来源。 木本植物主要包括麻风树、棕榈树、黄连木、光皮树、油茶、文冠果、乌桕 等。这些植物的果实或茎干的含油率可以达到40%以上，油中含有大量的C16~C18 脂肪酸，也是生物柴油的理想原料。我国云南、四川等地种有大量的麻疯树，其种子油脂含量高达60%，其中，油酸、亚油酸含量高达38% ~40%，而且几乎不含有C20 以上脂肪酸，它与柴油、汽油、酒精的掺合性好，可以作为生物柴油的理想原料。 （2）动物油脂 动物油脂是指从动物身上获得的脂肪酸等油脂类物质。这些油脂的C16~C18 脂肪酸比例很高且主要是固体油脂，是生物柴油的潜在优良原料。美国、欧洲和日本已开始利用动物油脂生产生物柴油。猪油富含棕榈酸(26%)、油酸(44%)、亚油酸(11%)和棕榈油酸(5%)，这些酸都是生物柴油原料的主要成分。牛脂的脂肪酸主要是肉豆蔻(1%~8%)、棕榈酸(17%~37%)、硬脂酸(6%~0%)和油酸(26%~50%)。 （3）微生物油脂 微生物油脂也称为单细胞油脂，是利用酵母霉菌、细菌和藻类等微生物在一 定条件下，以碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源，在菌体内产生的大 量油脂和一些有商品价值的脂质。 目前酵母菌油脂、霉菌油脂和藻类油脂等是主要的微生物油脂。其中，研究的最多的是微藻类，一般微藻的含油量可达20%~50%，部分微藻的含油量可以超过其干质量的80%(如表1.2 所示)。当前，国内外有许多科学家在探索新的藻种，并研制“工程微藻”。美国NREL 通过现代生物技术制成“工程微藻”，实验室条件下脂质含量高达60%，户外生产可达40%。 表 1.2 不同种类微藻的含油量 微藻 含油质量分数/%干重 布氏丛粒藻 25-75 小球藻 22.1±0.2 筒柱藻 16-37 金藻 25-33 单肠藻 ﹥20 菱形藻 45-47 三角褐指藻 20-30 （4）废弃油脂 废弃油脂主要是指煎炸后废油、地沟油、污水处理厂回收油等，这些废弃油 脂暴露在空气和水中，极易造成大气、水源的污染，但是如果用它来生产生物柴 油，却是最廉价的原料。废油脂作为原料产生的生物柴油与石化柴油相比，尽管 存在黏度大、挥发性差、与空气混合效果不佳、易发生热聚合等问题。但经过酯 交换完全能够满足柴油替代品所具备的性能。废弃油脂也是中国生物柴油原料主要来源之一，万祯等人采用自制复合固体酸催化剂，用火锅店餐饮废油和甲醇的酯交换反应制取生物柴油。符太军等人以地沟油为原料，硫酸为催化剂，采用酯交换法进行生物柴油的制取试验，所得产品性能指标接近矿物柴油，符合美国相关标准. 思考与分析： 由以上的介绍我们发现，目前生产生物柴油所用的原料种类繁多，但是每种原料都有不足之处。 （1）植物油脂虽然很容易实现生物柴油的转化，但是世界各地的植物种类不 尽相同，不易统一规划；而且有可能会与食用油产生冲突；种植时占用了大量耕 地面积。此外，精炼植物油的成本相当昂贵，占到生物柴油总生产成本的 70–85%。 （2）利用动物油脂生产生物柴油成本高，且与食物用油产生冲突，因此也有 其使用的局限性。 （3）藻类的生长地区广泛，生长环境要求不严，生长速度快，在生长过程中 还可以吸收二氧化碳，一定程度上减少温室气体。但开发微藻的问题在于培养油 脂含量高的藻类需要成本较高的设备、大量的氮肥和水，从池塘收获藻类并且从 藻类中分离油脂是一个困难且是能源密集型的过程。 （4）使用废弃油脂制取生物柴油的缺点是这些油的数量有限、用途广泛，品 质不一，因此会影响生物柴油的粘稠度。而且转化成生物柴油前期处理环节多、转化工艺要求较高，许多以其为原料的生物柴油加工企业实际开工都不足，多数转而寻求新油源。 经过对生物柴油各种原料的分析，发现目前所用的原料都难以全面的推广。因此，项目组转至与专业学习紧密相关的最常接触到的污泥身上，从污泥厌氧发酵的反应机理的中间产酸阶段获得启示，通过污泥厌氧发酵产出高浓度的酸，作为原料与甲醇发生酯化反应进而得到油脂。污泥含水量高处理难度大，利用污泥作为制备生物柴油的原料，既可以大大减少污泥量，又为生物柴油提供了一种廉价优质的原料。污