率,在37℃下反应7h后得到了90%的转换率。
徐圆圆等[45]探讨了利用脂肪酶Lipozyme TLIM催化大豆油脂生产
生物柴油,以正己烷作为有机溶剂,在脂肪酶用量30%、醇油摩尔比4:l、反应温度40℃的情况下,反应5h后产物脂肪酸甲酯得率可达92%。聂开立等[46]利用实验室自制固定化假丝酵母脂肪酶催化大豆油与甲醇的酯交换反应,以
石油醚作为有机溶剂,认为醇油摩尔比最高为1.4:1,在此值以下,甲醇不会对脂肪酶造成毒性。使用15%固定化脂肪酶,加入20%质量分数的水,温度为40℃,在pH值为7时,每10h流加1mol当量的甲醇,分3次流加后得到最高酯交换率为96%,固定化酶使用半衰期达200h以上。高静等[47]利用响应面优化方法,使用自行研制的固定化假丝酵母脂肪酶催化废油脂与甲醇的酯交换反应,加入14%的
石油醚和10%的水,在甲醇一次全加入的情况下可以得到92%的酯交换率,但经过4批反应,酯交换率就下降到50%以下,因此,采用多次流加甲醇的方式,可以使脂肪酶连续使用7批,酯交换率依然可以保持在90%以上。鲁名波等[48]同样利用Lipozyme TLIM固定化脂肪酶催化大豆油,在对大豆油进行乳化预处理后,利用10%的脂肪酶, 在正己烷存在的反应体系中, 温度40℃下,三次等量流加甲醇,共反应15h后得到了94%的酯交换率。陈志峰等[49]利用Novo435脂肪酶催化废油脂发现,在反应体系中加入10%的有机碱三羟甲基氨基甲烷或三乙胺可以提高废弃油脂的酯交换速率和甲酯产率,在无溶剂体系下反应24h得到77.5%的转换率,但加入有机溶剂后,反应12h可以得到85.9%的酯交换率,反应10批次后,酯交换率反而有所升高。
虽然有机溶剂的存在可以降低反应温度,提高醇油摩尔比,但有机溶剂的存在,增加了反应后提取的困难, 加大了生产的能耗。因此,很多学者不赞成反应过程中使用有机溶剂。Kose[50]研究了在无溶剂的体系中,利用Novozym 435 催化棉籽油与甲醇和乙醇的酯交换反应,在50℃、醇油比4:1, 30%脂肪酶用量下,反应7h后酯交换率达到了72%。Shimada[51,52]利用假丝酵母脂肪酶在无溶剂体系中催化植物油脂的酯交换反应,发现甲醇与植物油的摩尔比以1.5:1为最大,超过这个值,酶的催化作用将急剧下降。在30℃下,将反应所需的甲醇分三次等量加入, 反应48h得到了90%的酯交换率。Kaieda[53]利用Rhizopus oryzae游离脂肪酶催化大豆油和甲醇的酯交换反应,发现4%~30%的水的存在有利于反应的进行,可以得到80%以上的转换率。Selmi and Thomas[54]对固定化毛霉脂肪酶催化葵花籽油与乙醇的研究中发现,在无溶剂的情况下,利用8%的脂肪酶,在50℃、3:1的醇油比的情况下,反应5h得到了80%的酯交换率。
国内的吴虹等[55]利用Novo435酶催化废油脂,在无有机溶剂的体系中每10h加入反应所需的1/3甲醇,每次加入甲醇之前均将脂肪酶用有机溶剂丙酮清洗,共反应30h后酯交换率达到88.6%,连续反应300h后,酶活性基本没有下降。
刘德华[56~59]等采用短链脂肪酸脂(乙酸甲酯或乙酸乙酯)作为酰基受体,与菜籽油等植物油反应,避免了使用甲醇,反应过程中短链脂肪酸酯与油脂的摩尔比可以达到4:1~14:1。副产物三乙酸甘油酯进一步与甲醇反应生成短链脂肪酸酯,循环用于
生物柴油的生产。在脂肪酶用量30%,反应温度30~60℃的情况下,反应20h左右可以得到90%的酯交换率。
本实验室研究了以固定化的假丝酵母脂肪酶作为催化剂, 以菜籽油和桐油为原料,在无溶剂存在的条件下的间歇和连续反应工艺条件,脂肪酶可以多次重复使用,油脂转化率保持在90%左右[60,61]。
4 生物柴油的发展展望
由于作为石化柴油代用品的生物柴油对环境友好、可再生,已受到世界范围的关注,生物柴油的产量也在以很大的幅度逐年增长,柴油的研究和生产将有广阔的市场前景。我国一次能源生产和终端能源消费中原油和石油产
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