生物柴油,从其诞生起就被认为是新一代的绿色、环保并且可以再生的生物质能源燃料,受到了愈来愈多的关注,同时被大量的文献报道。究其原因就是生物柴油无毒、污染小、含硫量低,符合可持续发展的思想以及循环经济的理念。在制备生物柴油时可选取的原料很多,能食用的或是不能食用的植物油脂以及动物油脂甚至连废弃的餐饮用油都可作为制备生物柴油的原料。也因此,制取的生物柴油种类繁多,给研究其性能带来诸多不便。但它们也有许多共同之处,它们大部分都是原料油与甲醇在催化剂(多为强碱如氢氧化钠,酸也可,如硫酸)的作用下通过酯交换而得到,最终的产物有两种,其一是脂肪酸甲酯,是生物柴油的主要成分,其二是甘油,为反应所得的副产物,其在生物柴油中的含量越低越好。生物柴油在推广和应用过程中最大的缺点是其低温流动性能太差,原因便是脂肪酸甲酯在低温的环境下很容易结晶析出,进而堵塞柴油发动机的喷油嘴,影响其正常工作。为探究生物柴油低温流动性的影响因素以及改善生物柴油的低温流动性,本课题的工作主要从以下几个方面展开：(1)本课题从大豆油、玉米油、花生油、菜籽油、葵花油五种植物油为原料油通过甲醇酯交换法来制取五种不同的生物柴油出发,研究了甲醇与植物油摩尔比,催化剂用量,反应时间和温度对生物柴油产率的影响。随后对所制备的生物柴油进行了低温测试,筛选出低温流动性最好的菜籽油生物柴油以及最差的花生油生物柴油,并将其作为接下来探究脂肪酸酯的种类及含量对生物柴油低温流动性影响的研究对象。(2)我们对使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测试分析的花生油以及菜籽油生物柴油中的脂肪酸甲酯进行了分类研究,分类如下：a.饱和直链脂肪酸甲酯对低温流动性能的影响；b.不饱和(只含一个双键)脂肪酸甲酯对低温流动性能的影响：c.脂肪酸酯的不饱和度对低温流动性能的影响。除此之外,带有支链的脂肪酸酯(本文选取的是硬脂酸异丙酯)对生物柴油低温流动性能的影响也在我们的研究范围内。值得注意的是除了带有支链的脂肪酸酯,其余的脂肪酸甲酯均来自菜籽油和花生油生物柴油。(3)为了改善生物柴油的低温流动性,我们接下来以菜籽油为原料油,用异丙醇代替甲醇制备了支链菜籽油生物柴油,并探究了支链生物柴油的最佳制备条件。此外,我们还采取了甲醇掺混法和溶剂稀释法(本试验中溶剂选取的是煤直接液化柴油,DDCL)来改善支链生物柴油的制备。结果表明：(1)以碱催化酯交换反应制备的菜籽油生物柴油为例,当其制备条件控制在醇油摩尔比7：1、催化剂的用量0.6 wt%、反应时间1.25 h、反应温度65℃时,其最高产率可达96.8%。除氧化安定性稍差,其余性能基本符合相关标准。(2)生物柴油中短碳链脂肪酸酯(Cm：0,m≤16)含量越多、不饱和脂肪酸甲酯越多(Cm：1,m<20)、脂肪酸酯的不饱和度越大,生物柴油的低温流动性能将会越好。带有支链醇的脂肪酸酯同样能够有效改善生物柴油的低温流动性。(3)在制备支链菜籽油生物柴油时,其条件控制在醇油摩尔比8：1、催化剂用量1wt%、反应时间2h,反应温度80℃时,可得最高产率为29.4%。而由异丙醇和甲醇混合以及由异丙醇和DDCL混合制备的支链生物柴油均要比单独由异丙醇制备的支链生物柴油的低温流动性好得多,其中又以DDCL稀释法制备的生物柴油低温流动性为最好,当DDCL的质量分数为40%时制备的支链生物柴油的浊点、冷滤点和倾点可分别低至-7℃,-21℃和-29℃。
