利用棕榈油制备生物柴油
陈俏，李国平，苏宏春，郑伟，李聪，申烨华∗(西北大学化学系，合成与天然功能分子化学教育部重点实验室，陕西西安710069)
摘要：生物柴油是指以植物、动物油脂等可再生生物资源生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。
油棕是重要的油料植物，其果实和种仁的含油量高达50%～60%，有“油王”誉，棕榈油是从油棕树上的棕果中榨取出来的，是全球的第二大的食用油原料，也是世界上最具价格优势的植物油，棕榈油既可提供食用油源、工业油源，又可作为动力油源，作为生物柴油的原料油是一种取之不尽的可再生油源。
生物柴油的生产多采用酯交换法。
据文献报道，李为民等用棕榈油制备生物柴油，需先用浓硫酸将棕榈油预酯化，再以氢氧化钾为催化剂进行酯交换反应。
匙伟杰用采用镁铝水滑石固体碱催化酯交换棕榈油制备生物柴油，反应时间需8小时，生产成本较高。
本文在项目组自行开发的新型催化剂（SXL）的作用下，以棕榈油为原料油，通过甲醇酯交换一步反应制备生物柴油，并考察了甲醇用量、催化剂用量、反应时间和反应温度对酯交换反应转化率的影响。
当甲醇用量为原料油质量的40~60%，催化剂（SXL）用量为原料油质量的1.0％~5.0％，反应温度为40~60℃，反应时间为40~80min，酯交换反应的转化率达到98%以上。
利用IR和GC-MS分析酯交换产物，结果表明用棕榈油制得的生物柴油由四种脂肪酸甲酯组成：十六酸（棕榈酸）甲酯，占48.62%； 8-十八碳烯酸9（油酸）甲酯，占39.41%；9,12-十八碳二烯酸甲酯，占7.59%；十八酸(硬脂酸)甲酯，占4.37%，四种成分总和占全部混合脂肪酸甲酯的99%以上。
棕榈油脂肪酸甲酯是理想的柴油替代品。
关键词：棕榈油；酯交换反应；生物柴油
引言
生物柴油是由植物油或动物油脂经酯交换反应或酯化反应制取解、燃烧排放的污染的脂肪酸甲酯混合物[1]，是一种清洁含氧燃料，具有可再生、易于生物降物低、基本无温室效应等优点，其研究广受关注。
油棕是重要的油料植物，其果实和种仁的含油量高达50%～60%，有“油王”誉。
棕榈油是从油棕树上的棕果中榨取出来的，是全球的第二大的食用油原料，也是世界上最具价格优势的植物油。
棕榈油既可提供食用油源、工业油源，又可作为动力油源，作为生物柴油的原料油是一种取之不尽的可再生油源。
∗联系人：申烨华，email: yhshen@。
第一作者：陈俏（1987-），女，本科生。
酯交换法制备生物柴油无需消耗大量能源，成本较低，是目前广泛用于生物柴油生产的制备方法[2]。
据文献报道，李为民[3]等用棕榈油制备生物柴油，需先用浓硫酸将棕榈油预酯化，再以氢氧化钾为催化剂进行酯交换反应。
匙伟杰[4]等用采用镁铝水滑石固体碱催化酯交换棕榈油制备生物柴油，反应时间需8小时，生产成本较高。
本文在项目组自行开发的新型催化剂（SXL）的作用下，以棕榈油为原料油，通过甲醇酯交换一步反应制备生物柴油，并且反应时间短、转化率高，为棕榈油制备生物柴油提供新方法。
1 实验部分
1.1 酯交换反应
在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的250 mL三颈瓶中，加入适量的棕榈油、催化剂及甲醇，加热下搅拌反应。
待反应结束后，转入分液漏斗，静置分层。
上层为脂肪酸甲酯相，下层为甘油相。
上层少量多次水洗，过滤，干燥，即为生物柴油。
1.2 生物柴油结构表征
通过IR（TENSOR 27傅立叶红外光谱仪）和GC-MS（6890N气相色谱仪、MS5973型质谱仪）对脂肪酸甲脂层进行分析和结构表征。
2 结果与讨论
2.1 酯交换反应研究
实验在项目组开发的新型催化剂SXL作用下，以棕榈油及甲醇为原料，采用单因子法对影响生物柴油酯交换反应的催化剂用量、甲醇用量、反应温度、反应时间等因素进行了优化（如图1-4所示）。
研究表明棕榈油酯交换反应在甲醇用量为原料油质量的40~60%，催化剂用量为原料油质量的0.5％~10.0％，反应温度为40~60℃，反应时间为40~80min，在此条件下，酯交换反应的转化率可达98%以上。
Fig.1Influence of the transformation of catalyst SXL Fig.2 Influence of the transformation of the of methanol
Fig.3 Influence of the transformation of the temperature Fig.4 Influence of the transformation the reaction time 2.2 棕榈油酯交换产物结构表征
2.2.1 棕榈油酯交换产物红外光谱分析
5、6所示。
对棕榈油及其酯交换产物进行红外检测，如图
Fig.6 Infrared spectrum of biodiesel made by Palm Oil
由图5、图6可知：棕榈油和其酯交换产物的IR谱在1000～1300 cm-1范围有较大差异，酯交换产物在1245、1197和1170 cm-1处有3个峰，应归属于―CH2―COOCH3基团中的C―O 键伸缩振动。
由此可以确定：酯交换产物为脂肪酸甲酯。
2.2.2棕榈油酯交换产物气—质联用分析
对棕榈油酯交换产物进行气-质联用分析，气相图谱如图7所示：
Fig.7 GC chromatogram of biodiesel made by Palm Oil Table. 1 Analysis on composition of biodiesel made by Palm Oil
保留时
间（min ） 名称
分子式
分子
量
与标准谱图相似度(%)
相对百分含量(%)
10.496 十六酸(棕榈酸)甲酯 C 17H 34O 2270 95 48.62 12.915 9,12-十八碳二烯酸甲酯 C 19H 34O 2294 96 7.59 13.068 8-十八碳烯酸9(油酸)甲酯 C 19H 36O 2296 99 39.41 13.414
十八酸(硬脂酸)甲酯
C 19H 38O 2298 91
4.37
图7和表1为棕榈油酯交换产物气—质联用结果。
由图7和表1可知，用棕榈油制得的生物柴油由四种脂肪酸甲酯组成：十六酸（棕榈酸）甲酯，占48.62%； 8-十八碳烯酸9（油酸）甲酯，占39.41%；9,12-十八碳二烯酸甲酯，占7.59%；十八酸(硬脂酸)甲酯，占4.37%，四种成分总和占全部混合脂肪酸甲酯的99%以上。
根据Kevin J. Harrington [5]的研究，
分子中拥有较长的碳直链且不含有芳香烃结构，尽可能没有或只有很少的碳支链；并且分子中含有一定量的氧元素，最好是酯类、醚类、醇类化合物可以作为柴油替代品的理想物质。
棕榈油生物柴油主要是由16碳和18碳脂肪酸甲酯组成，分子中不含有芳香烃，且为直链，其分子结构与理想的柴油替代品的分子结构基本相类似。
3 结论
本论文以棕榈油为原料，运用新型固体催化剂（SXL ）制备生物柴油，并对其结构进行了表征。
棕榈油最优制备生物柴油的工艺条件为：甲醇用量为原料油质量的40~60%，催化剂（SXL ）用量为原料油质量的0.5％~10.0％，反应温度为40~60℃，反应时间为40~80min ，在此条件下，转化率可达98%以上。
通过IR 和GC-MS 分析棕榈油油所制得的脂肪酸甲酯含量达到99%。
其分子结构与理想的柴油替代品的分子结构基本相类似。
2.00
4.00
6.00
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10.00
12.0014.0016.00
10000
2000030000400005000060000700008000090000100000
110000120000130000140000150000160000
Tim e-->
Abundance
TIC: SYH11.D
10.50
12.91
13.07
13.41
参考文献：
[1] Ma F.R., Hanna M.A. Biodiesel production:a review[J]. Bioresource Technology, 1999,70: 1-15.
[2] A Freedman B., Pryde E.H., Mounts T.L. Variables affecting the yields of fatty esters from transesterified vegetable oils[J]. Journal of the American Oil Chemists Society, 1984, 61: 1638-1643.
[3] 李为民, 许汉祥, 高琦. 棕榈油制备生物柴油研究[J].化工科技市场，2007,3(30):26～29
[4] 匙伟杰，冯树波，郑二丽镁铝水滑石固体碱催化棕榈油醇解工艺研究[J].河北化工2007,30(11): 6～7
[5] Kevin J. Harrington. Chemical and Physical Properties of Vegetable oil Esters and their Effeet on Diesel Fuel Performance[J]. Biomass, 1986, 9:1～17。