酶催化地溝油制備生物柴油的研究.pdf

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4、。鬻-擎；酶催化地溝油制備生物柴油的研究趙姣姣曹瀟徐瓊?cè)A韓磊樊攀(西安工業(yè)大學(xué)電信學(xué)院陜西西安710021)摘要：研究以地溝油為原料，脂肪酶為催化劑制備生物柴油的工藝條件。最佳工藝條件是：油醇摩爾比1：3、催化劑0．19、反應(yīng)溫度45℃，地溝油轉(zhuǎn)化為生物柴油的效率為94％。關(guān)鍵詞：地溝油；生物柴油；脂肪酶蔭言地溝油是指在生活中存在的各類劣質(zhì)油。地溝油的最大來源為城市飯店下水道的隔油池，長(zhǎng)期食用可能會(huì)引發(fā)癌癥，對(duì)人體的危害極大。近年來，地溝油回流餐桌是一件令人傷透腦筋的事情，最好

5、的解決辦法就是進(jìn)行循環(huán)利用，變廢為寶。以地溝油為原料制備生物柴油，使其成為可利用的工業(yè)能源，防止其混入合格的食用油，保護(hù)人類健康的生活，還能創(chuàng)造一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益“。21。生物柴油作為清潔能源，可代替礦物燃料油，對(duì)于節(jié)能減排具有重要意義。本文以地溝油為原材料，脂肪酶為催化劑來制備生物柴油，并對(duì)生物柴油酶催化的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。一、材料與方法1．實(shí)驗(yàn)原理地溝油的主要成份是甘油三酯，甘油三酯在脂肪酶的作用下，分解生成甘油和脂肪酸；酯化反應(yīng)機(jī)制是：RCOOH+CH，OH—RCOOCH，+H：0(R是脂肪酸鏈)。2．實(shí)驗(yàn)材料地溝油，脂肪酶(1000

6、00U／g)，正己烷、甲醇、95％乙醇、氫氧化鉀均為分析純。3．實(shí)驗(yàn)方法本文采用的實(shí)驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)”1。(1)酸值計(jì)算酸值是中和19樣品油所消耗得KOH的毫克數(shù)。精確稱取地溝油樣品放入錐形瓶中，加入95％乙醇使其溶解。隨后加入幾滴酚酞指示劑，用0．2mol·L。1氫氧化鉀滴定至微紅色，保持30秒不褪色。酸值計(jì)算公式為：A=(B×CX56．11)／D。式中，A：酸值；B：KOH濃度(tool·L‘1)；C：KOH滴定體積(mL)；56．11：KOH的摩爾質(zhì)量(g·mol‘1)；D：樣油質(zhì)量(g)(2)地溝油轉(zhuǎn)化率計(jì)算通過測(cè)定反應(yīng)中酸值變化來計(jì)算地溝

7、油的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率=【(地溝油酸值一產(chǎn)品酸值)／地溝油酸值】X100％(3)水分含量的測(cè)定用已烘至恒重的稱量瓶精確稱取適量的試樣油，在(105±2)oc溫度下烘100min，取出冷卻后稱重。再烘30rain，直到前后兩次稱量的重量差值小于0．0019。地溝油水分含量=[(烘前樣油質(zhì)量一烘后樣油質(zhì)量)／烘前樣油質(zhì)量]×100％。(4)密度的計(jì)算準(zhǔn)確稱取已知體積的地溝油樣品放入已知重量的燒杯中，然后準(zhǔn)確測(cè)量其總重量。地溝油的密度=(燒杯及樣油的總質(zhì)量一燒杯質(zhì)量)／樣油的體積。我們選擇油醇摩爾比、酶用量和反應(yīng)溫度為實(shí)驗(yàn)的影響因素，先做單因素實(shí)驗(yàn)，探討這

8、些因素對(duì)地溝油轉(zhuǎn)化率的影響。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行三因素三個(gè)水平上的正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1．油醇摩爾比對(duì)地溝油轉(zhuǎn)化率的影響固定反應(yīng)條件：酶0．19、正己烷209、反應(yīng)溫度40"C、反應(yīng)時(shí)間2h、中速攪拌。當(dāng)油醇比為1：1、1：2、1：3、l：4、l：5時(shí)，地溝油轉(zhuǎn)化率分別為86．68、92．22、94．45、93．9l、93．32％。當(dāng)油醇摩爾比為1：3時(shí)，轉(zhuǎn)化率最高，此時(shí)甲醇能滿足反應(yīng)所需的數(shù)量，又可防止多余的甲醇使脂肪酶失活，所以油醇摩爾比為l：3較合適。2．酶用量對(duì)地溝油轉(zhuǎn)化率的影響固定反應(yīng)條件：油醇摩爾比1：3，正己烷209，反應(yīng)溫

9、度40"C，反應(yīng)時(shí)間2h，中速攪拌。當(dāng)酶量為0．05、0．1、0．15、0．2、0．259時(shí)，地溝油轉(zhuǎn)化率分別為82．57、93．86、93．90、89．26、88．36％。酶用量為0．19時(shí)，轉(zhuǎn)化率顯著增高。當(dāng)脂肪酶的用量增加到0．159時(shí)，其轉(zhuǎn)化率變化不顯著，增加的酶對(duì)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率影響不大，說明此時(shí)反應(yīng)體系中的所需酶的數(shù)量己達(dá)飽和狀態(tài)，多余的酶對(duì)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率沒有任何影響。3．反應(yīng)溫度對(duì)地溝油轉(zhuǎn)化率的影響固定反應(yīng)條件：油醇摩爾比l：3，酶0．19，正己烷209，反應(yīng)時(shí)間2h，中速攪拌。反應(yīng)溫度為30、35、40、45、50"(2時(shí)，地溝油轉(zhuǎn)化率

10、分別為89．5、92．22、94．7、94．45、93．9％。隨著溫度的升高，地溝油的轉(zhuǎn)化率隨著增高。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)40C時(shí)，地溝油的轉(zhuǎn)化率明顯提高到94．7％。當(dāng)反應(yīng)溫度高于40。C時(shí)，其轉(zhuǎn)化率反而下降，這可能是因?yàn)橹久缸罴训淖饔脺囟仁?0。C，而較高的溫度會(huì)使部分酶喪失活性。4．正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了優(yōu)化工藝條件，通過設(shè)計(jì)油醇摩爾比、酶量、反應(yīng)溫度三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)來對(duì)這些因素進(jìn)行分析。結(jié)果如表1所示，通過SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析后，得出對(duì)生物柴油轉(zhuǎn)化率的影響為油醇摩爾比>反應(yīng)溫度>脂肪酶用量，最佳工藝：油醇摩爾比1：3、脂肪酶0．19、反應(yīng)溫度45

11、。C。在最佳工藝條件下，地溝油轉(zhuǎn)化為生物柴油的效率為94％，其密度0．879·mL～，酸值1．03mgKOH·g一1，含水量3．2mg·