论文总字数：15240字

摘 要

生物柴油是一种新型绿色的可再生燃料，主要来源于植物油或动物脂肪中的脂肪酸与甲醇的酯交换反应，可替代不可再生的石油资源。本研究采用实验室制取的微通道固定化酶，将大豆油和甲醇作底物，催化酯交换过程生产生物柴油。同时本文还分别阐述了底物摩尔数、溶剂添加比例、反应时间、酶量和温度等因素对转化率的作用。结果表明要想获得最高的生物柴油转化率，最适宜的操作参数为醇油比控制在7：1，叔丁醇与反应液体积比为0.6：1，反应时间为50分钟，通道长度为5m以及温度保持在40℃。研究结果表明，微反应器的传质性能优异，对生物柴油的合成有益处。

关键词：生物柴油 微通道 脂肪酶 转化率

Micro-channel enzymatic synthesis of biodiesel

Abstract

Biodiesel is a new green renewable fuel, mainly used in animal and vegetable oils as raw material, and can be prepared by transesterification process.In this study, we chose soybean oil and methanol as the substrate and used the micro-channel immobilized lipase to produce biodiesel by catalytic transesterification. At the same time, the effects of the amount of substrate material, the proportion of solvent, reaction time, enzyme amount and temperature on the conversion rate of biodiesel were also discussed. Experimental results show that in order to get the highest conversion rate of biodiesel, we found the optimum conditions. Oil alcohol molar ratio should be controlled in the 1:7; tert butyl alcohol and the volume of reaction liquid ratio is 0.6:1; reaction time is 50 minutes; the channel length is 5M and the temperature should be maintained at 40 ℃. The results show that the micro-channel has good effect on the mass transfer, which is favorable for the preparation of biodiesel.

Key Words: Biodiesel; Micro-channel; Lipase; Conversion rate

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 生物柴油概述 1

1.1.1 生物柴油简介 1

1.1.2 国外应用现状 1

1.1.3 国内开发生物柴油现状 2

1.2 生物柴油的制备方法 3

1.2.1 直接混合法 3

1.2.2 微乳液法 3

1.2.3 高温热裂解法 3

1.2.4 酯交换法 4

1.3 微通道概述 5

1.3.1 微通道简介 5

1.3.2 微反应器的特点 6

1.4 本研究的目的和意义 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验材料与仪器 8

2.1.1 实验材料 8

2.1.2 实验试剂 8

2.1.3 实验仪器 8

2.2 实验方法 9

2.2.1 微通道的制备及酶蛋白量的测定 9

2.2.2 开管式微通道固定化脂肪酶的性能测定 10

2.2.3 生物柴油组分气相测定 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 开管式微通道固定化酶的固定过程分析 11

3.1.1 层层吸附过程中蛋白吸附量的变化 11

3.1.2 开管式微通道固定化酶的酶学性能 11

3.2 影响生物柴油转化率的操作参数分析 12

3.2.1 底物物质的量比对生物柴油转化率的影响 12

3.2.2 溶剂增添比例对生物柴油转化率的影响 13

3.2.3 反应时间对生物柴油转化率的影响 13

3.2.4 酶量对生物柴油转化率的影响 14

3.2.5 温度对生物柴油转化率的影响 14

第四章 总结与展望 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 绪论

1.1 生物柴油概述

随着21世纪的到来，世界规模内的经济都呈飞速发展之势，石油对于人类的重要性也变得愈发巨大，石油逐步成为国家经济发展的命脉。但是石油属于不可再生资源，因此为了保持国家经济状况的可持续发展，各国纷纷寻求各种各样的石油可替代产品。同时由于人类大量使用石油而导致的环境污染和生态恶化越来越严峻。寻求绿色燃料已经成为人类面临的紧急课题^[1]。

1.1.1 生物柴油简介

生物柴油，一般定义为长链脂肪酸的单烷基酯，主要来源于植物油，废厨房油或动物脂肪中的脂肪酸与甲醇的酯交换反应。作为一种可再生能源，它可以缓解我们对于石油燃料的依赖^[2]。 此外，这种资源是无毒且可生物降解的。研究发现生物柴油的性质与柴油十分相像，并且能在不改变或较少改变汽车系统燃油机构造的情况下正常使用^[3]。

生物柴油由于具有以下的一些优良特性而在逐步的被研究开发与利用^[4,5]：

1. 石油产品的代替品，可以缓解能源危机。制取生物柴油的原料是动植物和微生物的油脂，这些原料不仅容易获取，而且生物质能源还可以作为生物生产的原料，从根本上摆脱对石油的依赖性从而解决能源危机。

2. 较优良的环保特性。生物柴油与一般柴油对比，越发绿色环保。同等情况下，对照两者，我们发现由于生物柴油的燃烧更加完全，对于空气质量的破坏程度更小，再者作为生物质，生物柴油具有低污染性，燃烧后并不会生成温室气体，导致全球变暖。

3. 副产品具有比较好的经济方面价值。副产品比如油酸、甘油和卵磷脂的经济价值较高，市场容量较大，另一方面又降低了生物柴油的成本。

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