一種催化高酸值餐飲廢油制備生物柴油的方法及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物柴油制備領(lǐng)域，具體涉及一種采用固體酸催化劑催化高酸值餐飲廢油制備生物柴油的方法及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物柴油是用油脂和低碳醇(甲醇或乙醇)在催化劑的作用下反應(yīng)制得，是一種清潔的可再生能源，是石化柴油優(yōu)質(zhì)的替代品。與普通柴油相比，使用生物柴油排放的NOx和SO2等有害氣體降低約90%。此外，由于生物柴油含氧量高，燃燒完全，一氧化碳的排放也顯著減少。生物柴油的生物降解性高，降解時(shí)間短，對(duì)環(huán)境污染小，具有優(yōu)良的環(huán)保特性，使用生物柴油對(duì)人體和環(huán)境造成的損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石化柴油，所以各國對(duì)發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)越來越重視。
[0003]餐飲廢油是在廚房加工食物過程中產(chǎn)生和剩余的油脂，包括煎炸油、泔水油以及從隔油池中掏取和提煉的廢油等等。這些油脂具有酸值高、氣味大、有害成分多的特點(diǎn)，不適合作為食用油脂繼續(xù)使用。但是仍有一些不法商販，把這類油脂經(jīng)過簡(jiǎn)單加工處理之后變成食用油回流餐桌，形成所謂的“地溝油”，嚴(yán)重危害我國的食品安全和人民群眾的身體健康，國家對(duì)此類行為應(yīng)當(dāng)持續(xù)嚴(yán)厲打擊。而將餐飲廢油轉(zhuǎn)化為生物柴油不僅解決了它的出路問題，還可以變廢為寶，既減少環(huán)境污染又增加能源供給。
[0004]因?yàn)椴惋嫃U油多與水接觸，受環(huán)境中微生物的影響而發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致酸值較高，甚至達(dá)到80-100mgK0H/g。傳統(tǒng)的利用餐飲廢油制備生物柴油工藝因其酸值較高多采用酸-堿兩步法，即先用無機(jī)酸作催化劑來降低酸值，然后用氫氧化鉀(鈉)、甲醇鈉等作催化劑經(jīng)過酯交換反應(yīng)得到生物柴油。這種工藝操作步驟比較繁瑣，用無機(jī)酸作催化劑對(duì)設(shè)備的腐蝕性很大，而且經(jīng)過水洗工序以后會(huì)產(chǎn)生大量的含酸工業(yè)廢水很難處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是以一種固體酸為催化劑催化高酸值廢油使其轉(zhuǎn)變?yōu)樯锊裼偷男碌墓に嚶肪€，包括反應(yīng)之前對(duì)餐飲廢油的預(yù)處理及反應(yīng)之后對(duì)生物柴油的精制純化。反應(yīng)過程區(qū)別于傳統(tǒng)的酸-堿兩步法處理高酸值廢油，只需要一步催化劑反應(yīng)，減少操作過程，提高效率，減少廢水排放。
[0006]—種催化高酸值餐飲廢油制備生物柴油的方法，步驟為:I)將廢油水化脫膠:將熱水加入到廢油脂中，混合后靜置，分離得到脫膠的廢油脂;2)將廢油真空脫水:將脫膠的廢油脂進(jìn)行真空干燥脫水，得到脫水的廢油脂;3)酯化與酯交換反應(yīng):在脫水的廢油脂中加入固體酸催化劑和無水甲醇，所述無水甲醇與廢油脂的摩爾比為5-10:1，加熱攪拌回流反應(yīng)，將甲醇與反應(yīng)產(chǎn)生的水全部蒸出，重新加入廢油脂摩爾數(shù)5-10倍的無水甲醇，繼續(xù)攪拌回流反應(yīng);反應(yīng)結(jié)束后分離得到輕組分為粗生物柴油，重組分為粗甘油;4)對(duì)粗生物柴油進(jìn)行精餾提純，得到生物柴油。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟I)中將90_95°C的熱水加入到廢油脂中，熱水與廢油脂的質(zhì)量比為15%-25%:1。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟I)中在靜置過程中加入飽和氯化鈉溶液破除油水乳化現(xiàn)象。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟2)中真空干燥脫水采用真空薄膜蒸發(fā)器，所述薄膜蒸發(fā)器內(nèi)壓力為-0.095MPa，溫度為80-100°C。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟2)中脫水的廢油脂的含水量小于0.01%。
[0011]進(jìn)一步的，所述步驟3)中固體酸催化劑的制備方法為，將干燥的燒烤用的木炭粉碎，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、400 0C下加熱I Oh進(jìn)行碳化，生成的黑色固體顆粒，研磨成粉末，加入濃硫酸，在氮?dú)獗Ｗo(hù)中、150 0C-200°C下繼續(xù)加熱10-15h，然后冷卻至室溫，加入去離子水，形成黑色沉淀，過濾;再用熱的去離子水反復(fù)沖洗沉淀，直至沒有S042—的存在，在105 V下真空干燥，即制得固體酸催化劑。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟3)中所述固體酸催化劑的加入量為廢油脂重量的1%_3%。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟3)中加熱攪拌回流反應(yīng)的溫度為70_100°C，反應(yīng)時(shí)間為3_5h;將甲醇與反應(yīng)產(chǎn)生的水全部蒸出，重新加入無水甲醇，繼續(xù)攪拌回流反應(yīng)3_5h。
[0014]根據(jù)所述方法制備的生物柴油的檢測(cè)方法，是采用氣相色譜內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行檢測(cè)，將內(nèi)標(biāo)物十七烷酸甲酯與生物柴油混合后，導(dǎo)入氣相色譜系統(tǒng)，生物柴油中的脂肪酸甲酯經(jīng)固定相聚乙二醇的極性毛細(xì)管色譜柱分離后，用火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)，檢測(cè)器溫度250Γ。
[0015]進(jìn)一步的，所述氣相色譜系統(tǒng)中氦氣作載氣，色譜柱為柱長(zhǎng)30m，內(nèi)徑0.32mm，柱前壓50kPa，流量lml/min，色譜柱溫度為200°C。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是只使用一種催化劑，改變了過去使用先酸后堿的兩步反應(yīng)過程，減少了催化劑的用量，同時(shí)該催化劑適用范圍廣，對(duì)高酸脂的餐飲廢油能縮短反應(yīng)時(shí)間，提高了效率。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]本發(fā)明的催化高酸值餐飲廢油制備生物柴油的方法，步驟為:
1)將廢油水化脫膠:將熱水加入到廢油脂中，混合后靜置，分離得到脫膠的廢油脂；
2)將廢油真空脫水:將脫膠的廢油脂進(jìn)行真空干燥脫水，得到脫水的廢油脂的含水量小于0.01%;
3)酯化與酯交換反應(yīng):在脫水的廢油脂中加入固體酸催化劑和無水甲醇，所述無水甲醇與廢油脂的摩爾比為5-10:1，加熱攪拌回流反應(yīng)，將甲醇與反應(yīng)產(chǎn)生的水全部蒸出，重新加入廢油脂摩爾數(shù)5-10倍的無水甲醇，繼續(xù)攪拌回流反應(yīng);反應(yīng)結(jié)束后分離得到輕組分為粗生物柴油，重組分為粗甘油；
4)對(duì)粗生物柴油進(jìn)行精饋提純，得到生物柴油。
[0020]
實(shí)施例1
本發(fā)明的催化高酸值餐飲廢油制備生物柴油的方法，包括如下步驟:
1.固體酸催化劑的制備將燒烤用的木炭粉碎，取20g干燥樣品，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、400°C下加熱1h進(jìn)行碳化，生成的黑色固體顆粒。將生成的固體顆粒研磨成粉末，放入三口燒瓶中，加入200ml的濃硫酸(95%-98%)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)中、150 0C-200°C下繼續(xù)加熱10_15h，然后冷卻至室溫。向燒瓶中加入500mL去離子水，形成黑色沉淀，過濾;再用熱的(大于80 °C )去離子水反復(fù)沖洗沉淀，直至沒有SO/—的存在。在105 V下真空干燥，即制得所需固體酸催化劑。
[0021]本發(fā)明制得的固體酸催化劑比淀粉類催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，強(qiáng)度大，不容易被破壞，延長(zhǎng)了使用的壽命和次數(shù)，使用壽命為40個(gè)小時(shí)左右，經(jīng)復(fù)活可反復(fù)使用10次;有更大的孔隙率和比表面積，孔隙率為46%?52%，比表面積為15?25m2/克，更利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。
[0022]2.廢油水洗脫膠
將9 O °C左右的熱水加入到廢油中，熱水約為油重的2 O %左右，攪拌1分鐘使其充分混合，靜置30分鐘后將水和雜質(zhì)從底部放出，得到脫膠后的廢油脂。靜置過程中如果發(fā)生油水乳化現(xiàn)象，則可加入適量飽和食鹽水進(jìn)行破乳;測(cè)得磷脂脫除率在95%以上。
[0023]3.廢油真空脫水
脫膠之后的廢油進(jìn)入真空薄膜蒸發(fā)器脫水，薄膜蒸發(fā)器內(nèi)維持壓力在-0.095MPa，溫度在80-100°(:，脫水后