微波协同离子液体［Bmim］Cl催化制备生物柴油最优条件的研究*

耿 哲，祁正兴，李志强，李钦玲

（青海民族大学化学与生命科学学院，青海西宁 810007）

引言

随着石油资源的日益减少和石油需求量的逐渐增加，使人们将研究重点转向寻找新的可再生燃料资源.各种太阳能、生物质能及其他可再生能源将取代石油和煤炭，并逐步成为未来的主要能量来源.生物柴油一般是由动植物油脂经甲醇酯交换反应得到，一般采用酸、碱或脂肪酶作为催化剂［1］.生物柴油制备方法通常有以下几种［2］.

1）高温热裂解法 王一平等［3］对植物油的热裂解进行了一些研究，以生物质为原料热裂解的方法合成生物柴油.

2）酸催化法 宋庭礼等［4］利用高酸值动植物油作为原料，硫酸为催化剂，40～85℃的反应温度下，然后分相、脱色，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）为原料合成生物柴油.邓利等［5］以固定化假丝酵母脂肪酶催化油酸与甲醇反应得到生物柴油.

4）碱催化法 朱长江［6］先用硫酸铝将动物油进行处理，分离出其中的杂质，然后再将净化后的动物油与甲醇钠、甲醇反应合成生物柴油.

5）微波协同离子液体催化法刘作华等以离子液体1－丁基 －3－甲基咪唑四氟硼酸盐（［Bmim］BF4）为催化剂，以菜籽油为原料，微波加热的方法制备生物柴油.

本文以微波协同离子液体催化法研究了以菜籽油为原料，1－丁基 －3－甲基咪唑氯代盐（［Bmim］Cl）为催化剂，制备生物柴油，以设计正交实验的方法研究了微波温度、反应时间及反应温度对生物柴油产率的影响.

1 实验部分

1.1 实验主要仪器

微波合成仪UWAVE－1000，为上海新仪微波化学科技有限公司产品;LC－10AT型高效液相色谱仪，为日本岛津公司产品.

1.2 实验原料试剂

市售青海汉尧菜籽油;自制离子液体［Bmim］Cl，质量分数为:98.5%;甲醇和 NaOH（化学纯），天津市大茂化学试剂厂产品.

1.3 实验方法

实验取m（菜籽油）∶m（甲醇）=6∶1，加入质量分数为1.1%离子液体［Bmim］Cl和适量的NaOH于四口烧瓶中［7］，放入微波催化合成仪中，在设定的时间、微波功率和反应时间下进行酯交换反应.反应结束后，将产物转入分液漏斗中静置分层.上层为生物柴油，下层为丙三醇和催化剂等，然后分离进行检测.反应式如下:

2 结果与讨论

2.1 正交实验

采用正交实验法对微波协同离子液体［Bmim］Cl催化制备生物柴油的最优合成条件进行初步考察，以微波功率、反应时间、反应温度为因素，进行3因素3水平的实验，因素水平见表1，结果见表2.

由表2可知，微波功率最优组合为2水平、反应时间为2水平、反应温度为2水平，由此可得，在［Bmim］Cl催化下，微波协同制备生物柴油的最优反应条件为微波功率600 W、反应时间15 min、反应温度60℃.

2.2 最优组合重复实验

由上述所确定的微波协同离子液体［Bmim］Cl催化制备生物柴油的最优组合:微波功率600 W、反应时间15 min、反应温度60℃.在该条件下进行了5组重复性实验，生物柴油产率结果分别为89.54%、89.77%、89.23%、89.88%、89.35%.因此，在最优条件下生物柴油的产率可达89%以上，实验结果的重现性较好.

2.3 产品的表征

用LC－10AT型高效液相色谱仪对产物进行了分析，采用流动相为V（丙酮）∶V（乙腈）=1∶1，流速为1.0 mL/min，色谱柱为ODS－2柱（150 mm×4.6 mm，5μm）柱温40 ℃，检测波长为210 nm.产物液相色谱如图1所示.由图1可以看出，除在2 min处有峰外，在3 min左右有其他峰的出现.这说明甘油三酯被消耗生成了脂肪酸甲酯，即生成了生物柴油.

图1 生物柴油产品液相色谱图

［1］刘作华.微波－离子液体催化菜籽油制备生物柴油的研究［J］.压电与声光，2008，30（5）:634 －638.

［2］张呈平.生物柴油的合成和使用研究进展［J］.工业催化，2005，13（5）:9 －14.

［3］王一平，翟怡，韩振亭，等.生物柴油制备方法研究进展［J］.化工进展，2003，23（2）:8－12.

［4］宋庭礼，朱向平.用高酸值动植物油生产生物柴油的方法［P］.CN:1412278A，2003.

［5］邓利，谭天伟，王芳.脂肪酶催化合成生物柴油的研究［J］.生物工程学报，2003，19（1）:97 －101.

［6］朱长江.一种用动物油制取的生物柴油及制取方法［P］.CN:1400281A，2003.

［7］酯交换技术制备生物柴油的研究［D］.杭州:浙江工业大学，2005.