156 酯交换法制备生物柴油的催化剂研究进展 陈颖，林金清，华侨大学材料科学与工程学院应用化学系，福建泉州 摘要 生物柴油是一种环境友好的可再生资源。本文介绍了生物柴油的制备技术，综述了酯交换法制备生物柴油所用催化剂的研究进展，并简要描述了各种催化剂的优缺点。 关键词 生物柴油，酯交换，催化剂，进展 随着历史的发展和社会的进步，人类的能源消耗逐渐增加。世界能源理事会 (WEC) 预测，按照目前已探明的资源储量和能源消耗速度计算，石油可能在 40 多年后耗尽，天然气可能在 60 多年后耗尽，储量最大的煤炭只能开采 170 年。能源短缺已经成为当前不争的事实 [1]。 现代工业的快速发展，给人们带来了物质享受，同时也带来了环境污染等诸多社会问题。因此，开发和制造清洁替代燃料势在必行。生物柴油作为一种环境友好燃料备受关注。生物柴油是从生物质资源中获取的替代燃料，性质与柴油相似，是一种可再生资源。因此，生物柴油作为一种潜在的替代燃料，将在保障能源安全、保护生态环境、促进农业和制造业发展、增加农民收入等方面发挥十分重要的作用[2]。1 生物柴油制备技术的分类生物柴油制备技术可分为物理法、化学法和生物酶法三种，具体分类如图1所示[3]。
图1 生物柴油制备方法分类 1.直接混合法是将植物柴油与矿物柴油直接混合燃烧，该类燃料由于黏度较大，目前已被淘汰[4]。 2.微乳化法是将植物油或动物油脂、溶剂和微乳化剂混合，制成黏度低于原动植物油的微乳化液，称为微乳化生物燃料。但这两种物理方法都会造成发动机喷嘴不同程度的结焦、活塞环卡死、积碳等现象。显然，只有将动植物油通过化学方法转化为黏度低、挥发性大的小分子，才能直接作为生物柴油用于内燃机。 3.高温裂解是空气或氮气流中的热能引起化学键断裂，生成小分子的过程。甘油三酯高温裂解可生成一系列混合物，包括烷烃、烯烃、二烯烃、芳烃和羧酸等。不同的植物油经热裂解可得到不同组成的混合物。 大豆油裂解产物的十六烷值和热值与普通柴油相似。4、酯交换法是目前制备生物柴油的主要方法。酯交换法是指甘油三酯与甲醇在催化剂存在下发生反应生成脂肪酸甲酯和甘油的过程，或甘油三酯与甲醇在超临界状态下发生反应得到脂肪酸甲酯的过程。各种天然植物油和动物油脂以及食品工业的废油均可作为酯交换法生产生物柴油的原料。可用于酯交换法的醇类有甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇等。
其中最常用的是甲醇，这是因为甲醇比较便宜，同时它碳链短，极性强，能与脂肪酸甘油酯快速反应，碱性催化剂易溶于甲醇，此反应可用酸、碱或酶催化。超临界法的优点是产物分离容易，缺点是醇油比大，反应条件苛刻，反应必须在高温高压下进行，对工艺设备要求很高。W[5]采用甲醇、乙醇、1-丙醇、1-丁醇和1-辛醇等5种醇，与菜籽油和脂肪酸进行超临界酯交换和酯化反应，反应温度为300 ℃，研究发现酯化反应速率比酯交换反应快，饱和脂肪酸的酯化反应速率略慢于不饱和脂肪酸。 短链醇的酯交换反应速度比长链醇快，通过酯交换反应，天然油脂的分子量可降低为原来的1/3，黏度降低约8倍，燃料挥发性也提高，各项指标接近柴油[6]，是一种较好的生产生物柴油的方法。近年来，