生物柴油和1，3-丙二醇偶聯(lián)生產工藝的研究.pdf

1、隨著石油資源的短缺和環(huán)境污染的日益加劇，清潔的可再生能源受到全世界各國的廣泛關注，生物柴油就是清潔的可再生能源，它是一種可以替代普通柴油使用的環(huán)保燃油。本文主要研究了生物柴油的生產工藝、副產物甘油的生物利用、生物柴油和1，3-丙二醇的聯(lián)產以及生物法偶聯(lián)生產生物柴油和1，3-丙二醇的工藝。 首先，本文分別采用酶法和化學法對不同來源的油脂和甲醇轉酯化反應進行了考察和優(yōu)化，對不同催化劑催化生產生物柴油進行了對比。首次提出采用FeCl<

2、,3>催化游離脂肪酸和KOH催化相結合的兩步催化法，有效地催化游離脂肪酸含量高的油脂生成生物柴油，對設備無腐蝕，產物分離方便。兩步法催化未純化地溝油得到的轉化率為85％，而對模擬精制地溝油的催化得到了94％的轉化率；對酶法生產生物柴油條件進行了優(yōu)化，得到的最佳條件是：溶劑為石油醚；酶量為15wt％；醇為甲醇；溫度為55℃；醇加入次數(shù)為6次。對酶法催化豆油和地溝油的對比沒有顯著差異，說明脂肪酶是催化游離脂肪酸含量高的油脂生產生物柴油的有效

3、催化劑。 其次，對副產物甘油的生物利用進行了研究，分別考察了在厭氧和微氧條件下，間歇發(fā)酵和批式流加發(fā)酵中工業(yè)級和試劑級原料對菌體生長及產物合成的影響。結果表明，利用工業(yè)原料生產1，3-丙二醇得到了與試劑級原料相似的結果，對于間歇發(fā)酵，試劑級原料和工業(yè)級原料在微氧條件下得到的轉化率分別為0.73mol/mol和0.75mol/mol，高于厭氧條件下的結果(分別為0.67mol/mol和0.68mol/mol)；而對于批式流加發(fā)酵，

4、厭氧條件下得到的轉化率高于微氧條件下所得，但是差別不大。試劑級原料和工業(yè)級原料在微氧條件下得到的轉化率分別為0.55mol/mol和0.53mol/mol，在厭氧條件下分別為0.57mol/mol和0.54mol/mol。利用離子對色譜和液相色譜對1，3-丙二醇發(fā)酵液中有機酸進行了分析，比較了厭氧和微氧條件下的發(fā)酵產物。離子對色譜分析了發(fā)酵液中檸檬酸、琥珀酸和延胡索酸，而采用液相色譜分析了甲酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、琥珀酸和延胡索酸。對于

5、不同條件下得到的發(fā)酵產物進行比較發(fā)現(xiàn)，除2，3-丁二醇和延胡索酸外，其它產物濃度都是厭氧條件下高于微氧條件，乙醇、1，3-丙二醇、乳酸、乙酸、檸檬酸和琥珀酸分別比微氧條件下增加32.8％、19.3％、32.3％、243.4％、163.5％和54.4％。 然后，對生物柴油和1，3-丙二醇的聯(lián)產進行了研究。生物柴油的副產物甘油不經純化可以直接用來發(fā)酵生產1，3-丙二醇，在搖瓶培養(yǎng)中，由酶法和堿法得到的甘油獲得的1，3-丙二醇的轉化率

6、分別為0.62mol/mol和0.44mol/mol，而純甘油得到的轉化率為0.68mol/mol：在批式流加發(fā)酵中，由酶法與堿法得到的甘油和純甘油得到的1，3.丙二醇的轉化率相差不大，分別為 0.47mol/mol、0.46mol/mol和0.49mol/mol，純甘油得到的生產強度最高，為2.0g/(L.h)，兩種粗甘油得到的生產強度都為 1.7g/(L.h)。最后，對生物法偶聯(lián)生產生物柴油和1，3-丙二醇工藝進行了考察。首先采用模

7、擬反應液對中空纖維膜分離生物柴油中甘油進行了研究，甘油含量在1wWt％-6Wt％的范圍內時，膜分離達到了很好的效果，1h 分離率就可以達到80％左右；對酶催化反應的甘油形成速率和1，3-丙二醇發(fā)酵的甘油消耗速率進行了考察，發(fā)現(xiàn)兩者趨勢一致；分別對兩種方式的偶聯(lián)進行了考察，一次酶催化反應與發(fā)酵偶聯(lián)時生物柴油轉化率最終達到了86％，菌體最高干重達到5.2g/L，1，3-丙二醇最終達到了61.1g/L；兩次酶催化反應與發(fā)酵偶聯(lián)時，生物柴油轉化

8、率達到了83.9％，菌體最高干重達到4.9g/L，1，3-丙二醇最終達到了50.7g/L，發(fā)酵液中甲醇濃度為19.0g/L，滲透到發(fā)酵液中的甲醇占甲醇總量的11％，從最終發(fā)酵結果來看，甲醇的影響并不大。 總之，本研究的結果表明，F(xiàn)eCl<,3>和KOH催化相結合的兩步催化法可以有效地催化游離脂肪酸含量高的油脂轉化為生物柴油；生物柴油副產物甘油可以直接用來生產1，3-丙二醇；生物法偶聯(lián)生產生物柴油和1，3-丙二醇是可行的，這些都為