專利名稱：以乙酸甲酯為?；荏w的生物柴油制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明、涉及生物柴油，尤其是一種采用以乙酸甲酯代替甲醇作為酰基受體進(jìn)行 酶促酯交換反應(yīng)制備生物柴油的方法。
背景技術(shù)：
隨著石油儲(chǔ)量的不斷減少，能源需求的不斷增長，以及化石燃料引起的環(huán)境污染 問題，開發(fā)新的、對環(huán)境無害的、非石油類的可再生能源是未來能源發(fā)展的主體思 路。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)石油危機(jī)以后，人們開始研究煤的氣化和液化，然而復(fù)雜的 技術(shù)和巨大的投資，制約了氣化煤和液化煤的廣泛使用。而核能由于安全原因，也 沒有得到應(yīng)有規(guī)模的應(yīng)用。生物質(zhì)能、太陽能和其他可再生能源將替代石油和煤炭， 逐漸成為世界能源的主角。生物柴油具有可再生、環(huán)保性、可替代現(xiàn)有石化柴油的 特點(diǎn)，引起了世界許多國家的高度重視，成為最受歡迎的石化柴油替代品。生物柴 油是以植物油脂(如棉籽、大豆、菜籽、小桐籽、光皮樹、黃連木、芒屬作物、工 程藻等的油脂)和動(dòng)物油脂以及廢食用油為原料制成的脂肪酸酯類物質(zhì)。生物柴油 是生物質(zhì)能的一種，其性質(zhì)與石油柴油非常相似，是優(yōu)質(zhì)的石化柴油替代品。
油脂的酯交換反應(yīng)研究最早可以追溯到1864年，當(dāng)時(shí)Rchieder以蓖麻油為原料 通過酯交換法制備甘油。此后，許多學(xué)者加入了對油脂的酯交換反應(yīng)研究中，如對 甘油三酸酯酯交換反應(yīng)的主要反應(yīng)條件參數(shù)的優(yōu)化研究，油脂品種涉及魚油、牛脂、 大豆油、菜籽油、棉籽油、向日葵油、花生油和亞麻籽油等。1896年德國熱機(jī)工程 師RudolphDiesel經(jīng)過10多年反復(fù)試驗(yàn)，試制成功了壓力點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)——柴油機(jī)。此 后柴油機(jī)得到了大力推廣，幾乎所有的載重車船及農(nóng)用設(shè)備的動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了 柴油機(jī)。雖然柴油機(jī)最初選用的是植物油作為驅(qū)動(dòng)燃料，但由于植物油粘度是柴油 的10-20倍，易結(jié)膠和積炭，引起柴油機(jī)噴油器孔堵塞、活塞環(huán)粘結(jié)卡死、潤滑油變 質(zhì)等問題，致使柴油機(jī)可靠性嚴(yán)重惡化，并易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。由于當(dāng)時(shí)石油工業(yè) 的迅速發(fā)展，植物油很快被柴油所取代。隨著柴油的迅速普及，諸多問題逐漸暴露 出來，比如柴油機(jī)尾氣中含有過量的有毒氣體和顆粒，包括硫、揮發(fā)性有機(jī)化合物、氮的氧化物和煤煙等。數(shù)十年來，許多科學(xué)家和環(huán)境學(xué)家提出了回歸最初以植物油 為燃料的設(shè)想，充分利用可再生資源作燃料。從20世紀(jì)70代開始，美國、德國、法 國、意大利等相繼成立了專門的生物柴油研究機(jī)構(gòu)，投入了大量的人力和物力。1983 年美國科學(xué)家Graham Quick首次將酯交換法制備的亞麻油甲酯用于發(fā)動(dòng)機(jī)，并提出 了生物柴油的定義。到了20世紀(jì)90年代，隨著環(huán)境保護(hù)和石油資源枯竭兩大難題越 來越被關(guān)注，在歐美一些發(fā)達(dá)國家，生物柴油已成為新能源研發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。許多 國家政府紛紛制定生物柴油發(fā)展戰(zhàn)略，采用非常優(yōu)惠的稅收政策，極大地推動(dòng)了生 物柴油產(chǎn)業(yè)在本國的迅速發(fā)展。
目前，生物柴油制備方法主要有直接混合法、微乳化法、高溫裂解法和酯交換 法。前兩種方法屬于物理方法，雖簡單易行,能降低動(dòng)植物油的黏度，但十六烷值不 高，燃燒中積炭及潤滑油污染等問題難以解決。高溫裂解法過程簡單，沒有污染物 產(chǎn)生，缺點(diǎn)是在高溫下進(jìn)行，需催化劑，裂解設(shè)備昂貴，反應(yīng)程度難控制，且高溫 裂解法主要產(chǎn)品是生物汽油，生物柴油產(chǎn)量不高。工業(yè)上生產(chǎn)生物柴油主要方法是 酯交換法。在酯交換反應(yīng)中，油料主要成分三甘油酯與各種短鏈醇在催化劑作用下 發(fā)生酯交換反應(yīng)得到脂肪酸甲酯和甘油?？捎糜邗ソ粨Q的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、 丁醇和戊醇,其中最常用的是甲醇，這是由于甲醇價(jià)格較低，碳鏈短，極性強(qiáng)，能夠很快與脂肪酸甘油酯發(fā)生反應(yīng)，且堿性催化劑易溶于甲醇。酯交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)， 過量的醇可使平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，所以醇的實(shí)際用量遠(yuǎn)大于其化學(xué)計(jì)量比。 反應(yīng)所使用的催化劑可以是堿、酸或酶催化劑等，它可加快反應(yīng)速率以提高產(chǎn)率。 酯交換法包括酸催化、堿催化、生物酶催化和超臨界酯交換法等。
近年來，人們開始關(guān)注酶催化法制備生物柴油技術(shù)，即用脂肪酶催化動(dòng)植物油 脂與低碳醇間的酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸酯。脂肪酶來源廣泛，具有選擇性、 底物與功能團(tuán)專一性，在非水相中能發(fā)生催化水解、酯合成、轉(zhuǎn)酯化等多種反應(yīng)， 且反應(yīng)條件溫和，無需輔助因子，利用脂肪酶[20—25]還能進(jìn)一步合成其他一些高價(jià)值 的產(chǎn)品，包括可生物降解的潤滑劑以及用于燃料和潤滑劑的添加劑，這些優(yōu)點(diǎn)使脂 肪酶成為生物柴油生產(chǎn)中一種適宜催化劑。用于合成生物柴油脂肪酶主要是酵母脂 肪酶、根霉脂肪酶、毛霉脂肪酶、豬胰脂肪酶等。酶法合成生物柴油的工藝包括間 歇式酶催化酯交換和連續(xù)式酶催化酯交換。
在生物柴油的生產(chǎn)中直接使用脂肪酶催化，也存在著一些問題。脂肪酶在有機(jī) 溶劑中易聚集，因而催化效率較低。目前，脂肪酶對短鏈醇的轉(zhuǎn)化率較低，不如對 長鏈醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而且短鏈醇對酶有一定的毒性，使酶的使用壽命縮短。 脂肪酶的價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本較高，限制了其在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)生物柴油中的應(yīng)用。 為解決上述問題，可采用兩種方法， 一是采用脂肪酶固定化技術(shù)，以提高脂肪酶的 穩(wěn)定性并使其能重復(fù)利用；二是將整個(gè)能產(chǎn)生脂肪酶的細(xì)胞作為生物催化。
酶法生產(chǎn)生物柴油一般采用以甲醇為酰基受體的醇解法,但高濃度甲醇易使酶失 活,且副產(chǎn)物甘油可聚集在固定化酶載體表面,對反應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，反應(yīng)中需通 過分批添加甲醇及用有機(jī)溶劑溶解除去固定化酶表面的甘油等方法來提高甲酯產(chǎn)率 和酶的操作穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種以乙酸甲酯為?；荏w的生物柴油制備方法，該采用方法采用 對脂肪酶無不良副作用的乙酸甲酯代替甲醇進(jìn)行酶促酯交換反應(yīng)制備生物柴油，目 的是使生物的柴油制備不僅工藝簡單，轉(zhuǎn)化率高，并能大大提高酶的操作穩(wěn)定性， 從而使生物柴油具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
所述以乙酸甲酯為?；荏w的生物柴油制備方法的特征是以乙酸甲酯為?；荏w，用固定化脂肪酶Novozym 435催化不同種類的植物油，在乙酸甲酯和植物油 的摩爾比為G2 16): 1， Novozym 435酶的加入量為植物油的30%,反應(yīng)溫度為 40'C以及反應(yīng)時(shí)間為10 14小時(shí)的條件下進(jìn)行如下反應(yīng)
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當(dāng)所述植物油為棉籽油時(shí)，最適酯交換條件為以固定化脂肪酶Novozym 435 為催化劑，Novozym 435酶的加入量為棉籽油的30%,乙酸甲酯和棉籽油的摩爾比 為14: 1，反應(yīng)溫度為40℃,反應(yīng)時(shí)間為14小時(shí)；
當(dāng)所述植物油為菜籽油時(shí)，最適酯交換條件為以固定化脂肪酶Novozym 435 為催化劑，Novozym 435酶的加入量為精制菜籽油的30%，乙酸甲酯和精制菜籽油 的摩爾比為16: 1，反應(yīng)溫度為40°C，反應(yīng)時(shí)間為14小時(shí)；
當(dāng)所述植物油為茶油時(shí)，最適酯交換條件為以固定化脂肪酶Novozym 435為 催化劑，Novozym435酶的加入量為茶籽油的30%，乙酸甲酯和茶油的摩爾比為16: 1，反應(yīng)溫度為40°C，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)；
當(dāng)所述植物油為大豆油時(shí)，最適酯交換條件為以固定化脂肪酶Novozym 435 為催化劑，Novozym 435酶的加入量為大豆油的30%，乙酸甲酯和大豆油的摩爾比 為12: 1，反應(yīng)溫度為40°C，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)。
前述一批反應(yīng)結(jié)束后，過濾分離脂肪酶和反應(yīng)液，脂肪酶經(jīng)乙酸甲酯沖洗或不 經(jīng)沖洗直接加入到新鮮反應(yīng)底物中進(jìn)行下一批次催化反應(yīng)，反應(yīng)條件與上一批次 相同。
本發(fā)明提供的方法及工藝路線對于加工生物柴油所具有的意義是
(1) 傳統(tǒng)酶法工藝中以甲醇為?；荏w，甲醇在油脂中的溶解性很差，局部的 甲醇濃度過高時(shí)即導(dǎo)致脂肪酶的嚴(yán)重失活，甲醇必須分步加入；采用乙酸甲酯為?；荏w，反應(yīng)底物(乙酸甲酯和油脂)可以完全混溶，乙酸甲酯對脂肪酶沒有毒害 作用，乙酸甲酯可以一次性加入。傳統(tǒng)酶法工藝中以甲醇為?；荏w，醇解反應(yīng)生成副產(chǎn)物為甘油，甘油容易吸附在固定化酶表面從而導(dǎo)致酶活性下降；而采用所述 受體乙酸甲酯合成生物柴油，反應(yīng)副產(chǎn)物為三乙酸甘油酯，它對脂肪酶的催化活性 沒有明顯的負(fù)面影響，因此脂肪酶不需要任何處理就可以直接回用。
(2) 在以乙酸甲酯為新的?；荏w，用固定化脂肪酶催化不同植物油制備生物 柴油的過程中，均采用油脂對脂肪酶進(jìn)行浸泡預(yù)處理。用油脂對脂肪酶浸泡預(yù)處理 時(shí)，處理后的脂肪酶不需要從油脂中分離出來，而是直接以該部分油脂作為反應(yīng)底 物。采用油脂浸泡預(yù)處理脂肪酶時(shí)，反應(yīng)底物與固定化酶預(yù)先充分接觸，有效克服 了底物與固定化酶間的擴(kuò)散限制，從而酶促反應(yīng)速率明顯提高，脂肪酶在大豆油中 預(yù)先浸泡一段時(shí)間后酶促醇解反應(yīng)速率明顯加快。
(3) 在以乙酸甲酯為新的酰基受體，用固定化脂肪酶催化不同植物油(精制棉籽油、菜籽油、茶油、大豆油和粗制棉籽油、茶油、大豆油)制備生物柴油的過程中，均選用Novozym 435， Lipozyme TLIM與Lipozyme RMIM為備選的固定化脂肪酶。 研究發(fā)現(xiàn)，在以上各種油的工藝優(yōu)化中，選擇Novozym 435為固定化脂肪酶時(shí)的甲 酯得率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于選擇另外兩種固定化脂肪酶。說明Novozym 435為以乙酸甲酯為新 的酰基受體制備生物柴油的新工藝中最適合的酶，而目所有反W的最話溫度均為40℃，說明Novozym 435的最適溫度應(yīng)為40℃。
(4) 在各種精制油和粗制油的工藝優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)，甲酯得率隨著乙酸甲酯和植物 油的摩爾比的增大而增大，但摩爾比增大到一定程度后，摩爾比的繼續(xù)增大反而會(huì) 使甲酯得率顯著下降，這是因?yàn)檫^多的乙酸甲酯稀釋了底物的濃度，導(dǎo)致單位時(shí)間 內(nèi)甲酯得率下降。
(5) 若以甲醇和粗制植物油進(jìn)行酯交換反應(yīng)，則甲酯得率很低，但若以乙酸甲 酯為?；荏w進(jìn)行反應(yīng)，則甲酯得率和以精制植物油，乙酸甲酯反應(yīng)的條件下差別 甚微。這或許是由于大量的乙酸甲酯稀釋了粗制棉籽油中可使脂肪酶失活的微量成 分，大幅降低了粗制植物油對脂肪酶活力的影響。
(7)以乙酸甲酯為新的?；荏w，催化精制大豆油制備生物柴油，甲酯得率為 91%。而且根據(jù)我國的實(shí)際情況，選擇更適合我國國情的棉籽油、菜籽油、茶油進(jìn)行 研究，甲酯得率均達(dá)到90％以上，其中催化精制棉籽油制備生物柴油的甲酯得率達(dá)到 97%。


圖1-1不同固定化脂肪酶酶催化精制棉籽油酯交換合成生物柴油比較圖1-2乙酸甲酯和精制棉籽油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-3不同的反應(yīng)溫度對精制棉籽油酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-4不同的加酶量對精制棉籽油酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-5不同固定化脂肪酶催化精制菜籽油酯交換合成生物柴油比較圖1-6乙酸甲酯和精制菜籽油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-7不同的反應(yīng)溫度對精制菜籽油酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-8不同的加酶量對精制菜籽油酯交換反應(yīng)的影響比較圖1 -9不同固定化脂肪酶酶催化精制茶油酯交換合成生物柴油比較圖1-10乙酸甲酯和精制茶油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-11不同的反應(yīng)溫度對精制茶油酯交換反應(yīng)的影響比較圖-12不同的加酶量對精制茶油酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-13不同固定化脂肪酶酶催化精制大豆油酯交換合成生物柴油比較圖1-14乙酸甲酯和精制大豆油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響比較;
圖1-15不同的反應(yīng)溫度對精制大豆油酯交換反應(yīng)的影響比較圖1-16不同的加酶量對精制大豆油酯交換反應(yīng)的影響比較圖2乙酸甲酯循環(huán)工藝制備生物柴油流程圖。
具體實(shí)施例方式
精制棉籽油制備生物柴油不同時(shí)，固定化脂肪酶催化精制棉籽油酯交換反應(yīng) 的比較
為了選出最適合催化精制棉籽油酯交換反應(yīng)的固定化脂肪酶，我們選用 Novozym435, Lipozyme TLIM與Lipozyme RMIM三種不同的固定化脂肪酶進(jìn)行比 較。在50ml具塞錐形瓶中加入精制棉籽油8.699g(0.01mo1), 30%脂肪酶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 乙酸甲酯與精制棉籽油的摩爾比為14:1， 200rpm， 40°C，反應(yīng)14小時(shí)條件下，如圖 1-1所示，Novozym435催化精致棉籽油生成的甲酯得率最高，為97%; Lipozyme RMIM和Lipozyme TLIM催化生成得到的甲酯得率僅為72%和39%。這說明在上述 三種脂肪酶中，Novozym435更適于作為制備生物柴油的催化劑。
乙酸甲酯和精制棉籽油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響
如圖1-2所示，在8.699g精制棉籽油(0.01mo1)， 30%Novozym435 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 200rpm， 40。C的反應(yīng)體系下，反應(yīng)14小時(shí)，比較了乙酸甲酯和精制棉籽油的不同摩 爾比對酯交換反應(yīng)的影響。當(dāng)乙酸甲酯與精制棉籽油摩爾比為14:1時(shí)甲酯得率最大， 為97%。而且即使將脂肪酶長時(shí)間浸泡在乙酸甲酯溶液中，脂肪酶的催化活性也不 下降，證明乙酸甲酯不會(huì)導(dǎo)致脂肪酶失活[7(^71'74]。但當(dāng)乙酸甲酯與精制棉籽油摩爾比 繼續(xù)增加弾過16:1)時(shí)，過多的乙酸甲酯稀釋了底物的濃度，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)(如 18小時(shí))甲酯得率下降。故此認(rèn)為，乙酸甲酯和精制棉籽油的最適摩爾比為14:1
不同的反應(yīng)溫度對精制棉籽油酯交換反應(yīng)的影響
在8.699g精制棉籽油(0.01mo1)， 30%Novozym435 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，乙酸甲酯與精 制棉籽油摩爾比14:1， 200rpm的條件下，反應(yīng)14小時(shí)，探討了不同溫度對酯交換反應(yīng)的影響。如圖l-3所示。40℃和50℃時(shí)甲酯得率最高，均為97%。但考慮到長 期操作時(shí)酶的穩(wěn)定性[75—77]和節(jié)能的角度，選擇4(TC為酯交換反應(yīng)的最適溫度。不同 的酶量對精制棉籽油酯交換反應(yīng)的影響在50ml具塞錐形瓶中加入精制棉籽油 8.699g(0.01mo1)， A酸甲酯與精制棉籽油摩爾比14:1, 200rpm,40℃的條件下，反應(yīng)14小時(shí)，探討了不同加酶量對酯交換反應(yīng)的影響，如圖1-4所示。在加酶量小于30% 時(shí)，甲酯得率隨著酶的加入量的增加而升高[72]，但當(dāng)酶的加入量大30%時(shí)，酯交換 反應(yīng)的甲酯得率一直維持在97%的最大水平。為了節(jié)約成本，取30%的加酶量為最 適加酶量。
精制菜籽油制備生物柴油不同的固定化脂肪酶催化精制菜籽油酯交換反應(yīng)的 比較
為了選出最適合催化精制菜籽油酯交換反應(yīng)的固定化脂肪酶，我們選用 Novozym435， Lipozyme TLIM與Lipozyme RMIM三種不同的固定化脂肪酶進(jìn)行比 較。在50ml具塞錐形瓶中加入精制菜籽油9.646g(0.01mo1), 30%脂肪酶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 乙酸甲酯與精制菜籽油的摩爾比為16:1， 200rpm， 40°C,反應(yīng)14小時(shí)條件下，如圖 1-5所示，Novozym435催化精制菜籽油生成的甲酯得率最高，為93%; Lipozyme RMIM和Lipozyme TLIM的甲酯得率僅為51%和29%。這說明在上述三種脂肪酶中， Novozym435更適于作為制備生物柴油的催化劑。
乙酸甲酯和精制菜籽油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響
如圖1-6所示，在9.646g精制菜籽油(0.01mo1)， 30%Novozym435 (質(zhì)量 分?jǐn)?shù))，200rpm, 40℃的反應(yīng)體系下，反應(yīng)14小時(shí)，比較了乙酸甲酯和精制 菜籽油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響。當(dāng)乙酸甲酯與精制菜籽油摩爾比為 16:1時(shí)甲酯得率最大，為93%。而且即使將脂肪酶長時(shí)間浸泡在乙酸甲酯溶液 中，脂肪酶的催化活性也不下降，證明乙酸甲酯不會(huì)導(dǎo)致脂肪酶失活。但當(dāng)乙 酸甲酯與精制菜籽油摩爾比繼續(xù)增加(超過16:1)時(shí)，過多的乙酸甲酯稀釋了底 物的濃度，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)甲酯得率下降。故此認(rèn)為，乙酸甲酯和精制菜籽袖 的最適摩爾比為16:1。
不同的反應(yīng)溫度對精制菜籽油酯交換反應(yīng)的影響
在9.646g精制菜籽油(0.01mo1)， 30%NovoZym435 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，乙酸甲酯與精制菜籽油摩爾比16:1， 200rpm的條件下，反應(yīng)14小時(shí)，探討了不同溫度對酯交換 反應(yīng)的影響，如圖l-7所示。40℃和50℃時(shí)甲酯得率最高，均為93%。但考慮到長 期操作時(shí)酶的穩(wěn)定性和節(jié)能，選擇40℃為酯交換反應(yīng)的最適溫度。
不同的酶量對精制菜籽油酯交換反應(yīng)的影響
在9.646g精制菜籽油(0.01mo1)，乙酸甲酯與精制菜籽油摩爾比16:1， 200rpm， 40℃的條件下，反應(yīng)14小時(shí)，探討了不同加酶量對酯交換反應(yīng)的影響，如圖l-8所 示。在加酶量小于30%時(shí)，甲酯得率隨著酶的加入量的增加而升高，但當(dāng)酶的加入量大于30%時(shí)，酯交換反應(yīng)的甲酯得率一直維持在93%的最大水平。為了節(jié)約成本， 取30%的加酶量為最適加酶量精制茶油制備生物柴油的不同的固定化脂肪酶催化精 制茶油酯交換反應(yīng)的比較
為了選出最適合催化精制茶油酯交換反應(yīng)的固定化脂肪酶，我們選用 Novozym435， Lipozyme TLIM與Lipozyme RMIM三種不同的固定化脂肪酶進(jìn)行比 較。在50ml具塞錐形瓶中加入精制茶油8.744g(0.01mo1), 30%脂肪酶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 乙酸甲酯與精制茶油的摩爾比為16:1， 200rpm， 40℃，反應(yīng)12小時(shí)條件下，如圖 1-9所示。Novozym435催化精制茶油生成的甲酯得率最高，為92%; Lipozyme RMIM 和Lipozyme TLIM的甲酯得率僅為55%和30%。這說明在上述三種脂肪酶中， Novozym435更適于作為制備生物柴油的催化劑。
乙酸甲酯和精制茶油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響
如圖1-10所示，比較了 8.744g精制茶油(O.Olmol)， 30%Novozym435 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 200rpm， 40℃的反應(yīng)體系下，反應(yīng)12小時(shí)，乙酸甲酯和精制茶油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響。當(dāng)乙酸甲酯與精制茶油摩爾比為16:1時(shí)甲酯得率最大，為 92%。而且即使將脂肪酶長時(shí)間浸泡在乙酸甲酯溶液中，脂肪酶的催化活性也不下降， 證明乙酸甲酯不會(huì)導(dǎo)致脂肪酶失活。但當(dāng)乙酸甲酯與精制茶油摩爾比繼續(xù)增加(超過 16:1)時(shí)，過多的乙酸甲酯稀釋了底物的濃度，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)甲酯得率下降。故此 認(rèn)為，乙酸甲酯和精制茶油的最適摩爾比為16:1。
不同的反應(yīng)溫度對精制茶油酯交換反應(yīng)的影響
在8.744g精制茶油(0.01mo1)， 30%Novozym435 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，200rpm，反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)的條件下探討了不同溫度對酯交換反應(yīng)的影響。結(jié)果見圖1-11。從圖3-ll可以看出，4(TC和5(TC時(shí)甲酯得率最高，同為92%。但考慮到長期操作下酶的穩(wěn)定性 及節(jié)約成本的角度，最終選擇4(TC為酯交換反應(yīng)的最適溫度。
不同的酶量對精制茶油酯交換反應(yīng)的影響
在50ml具塞錐形瓶中加入精制茶油8.744g(U01moF).乙酸甲酯與精制茶油摩爾 比16:1， 200rpm， 40。C的條件下，反應(yīng)12小時(shí),探討了不同加酶量對酯交換反應(yīng)的 影響。如圖1-12所示。在加酶量小于30%時(shí)，甲酯得率隨著酶的加入量的增加而升 高，但當(dāng)酶的加入量大于30%時(shí)，酯交換反應(yīng)的甲酯得率一直維持在92%的最大水 平。為了節(jié)約成本，取30%的加酶量為最適加酶量。
精制大豆油制備生物柴油不同的固定化脂肪酶催化精制大豆油酯交換反應(yīng)的比
較
以乙酸甲酯為酰基受體，脂肪酶Novozym435、 Lipozyme RMIM和Lipozyme TLIM催化精制大豆油轉(zhuǎn)化為生物柴油的結(jié)果如圖1-13所示。在反應(yīng)體系8.790g 精制大豆油(O.Olmol)， 30%脂肪酶(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，乙酸甲酯與精制大豆油的摩爾比 為12:1， 200rpm， 40°C，反應(yīng)10小時(shí)條件下，Novozym435催化精制大豆油生成 生物柴油的甲酯得率最高為91%; Lipozyme RMIM和Lipozyme TLIM的甲酯得率 僅為60%和38%。這說明在上述三種脂肪酶中，Novozym435更適于作為制備生 物柴油的催化劑。
乙酸甲酯和精制大豆油的不同摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響
如圖1-14所示，在8.790g精制大豆油(O.Olmol)， 30%Novozym435 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 200rpm， 40'C的反應(yīng)體系下，反應(yīng)10小時(shí)，比較了乙酸甲酯和精制大豆油的不同 摩爾比對酯交換反應(yīng)的影響。當(dāng)乙酸甲酯與精制大豆油摩爾比為12:1時(shí)甲酯得率最 大為91%。而且即使將脂肪酶長時(shí)間浸泡在乙酸甲酯溶液中，脂肪酶的催化活性也 不下降，證明乙酸甲酯不會(huì)導(dǎo)致脂肪酶失活。但當(dāng)乙酸甲酯與精制大豆油摩爾比繼 續(xù)增加(超過12:1)時(shí)，過多的乙酸甲酯稀釋了底物的濃度，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)甲酯 得率下降。故此認(rèn)為，乙酸甲酯和精制大豆油的最適摩爾比為12:1。
不同的反應(yīng)溫度對精制大豆油酯交換反應(yīng)的影響
在8.790g精制大豆油(O.Olmol)， 30% Novozym435(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，乙酸甲酯和精制 大豆油摩爾比為12:1， 200rpm，反應(yīng)時(shí)間10小時(shí)的條件下探討了不同溫度對酯交換反應(yīng)的影響。結(jié)果見圖1-15。從圖1-15可以看出，40℃和50℃時(shí)甲酯得率最高，同為91%。但考慮到長期操作下酶的穩(wěn)定性及節(jié)約成本的角度，最終選擇40℃為酯交換反應(yīng)的最適溫度。
不同的酶量對精制大豆袖酯奪稱后應(yīng)的影晌
在8.790g精制大豆油(O.Olmol)，乙酸甲酯與精制大豆油摩爾比12:1， 200rpm， 4(TC的條件下，反應(yīng)10小時(shí)，探討了不同加酶量對酯交換反應(yīng)的影響，如圖1-16 所示。在加酶量小于30%時(shí)，甲酯得率隨著酶的加入量的增加而升高，但當(dāng)酶的加 入量大于30%時(shí)，酯交換反應(yīng)的甲酯得率一直維持在91%的最大水平。為了節(jié)約成 本，取30%的加酶量為最適加酶量。
對于生物柴油的大批量生產(chǎn)來說，脂肪酶的重復(fù)利用是非常重要的[83—86]。通常 以短鏈醇(如甲醇)作為酯交換反應(yīng)的?；荏w，不但甲醇對酶有失活作用，而且 反應(yīng)副產(chǎn)物甘油會(huì)對酶活產(chǎn)生負(fù)面影響，從而導(dǎo)致脂肪酶難以多批次重復(fù)使用[69]， 使生產(chǎn)成本很高。當(dāng)以乙酸甲酯為?；荏w時(shí)，在脂肪酶催化棉籽油酯交換合成生 物柴油的過程中，反應(yīng)體系中反應(yīng)底物乙酸甲酯對脂肪酶沒有毒害作用，而且反應(yīng) 副產(chǎn)物三乙酸甘油酯對酶反應(yīng)活性也無任何負(fù)面影響，脂肪酶不需經(jīng)任何處理就可 以直接投入下一批次的使用?？梢娫诜磻?yīng)40個(gè)批次后，酶活仍然保持很好，沒有出 現(xiàn)明顯的下降趨勢。
本發(fā)明得出不同植物油脂的(棉籽油、菜籽油、茶油、大豆油)的優(yōu)化條件， 并比較了棉籽油、茶油、大豆油的粗油和精油在固定化脂肪酶催化下的酯交換反應(yīng)。 以乙酸甲酯為?；荏w，反應(yīng)副產(chǎn)物為三乙酸甘油酯，它是一種具有較高附加值的 化工產(chǎn)品，在許多行業(yè)有廣泛應(yīng)用。如在化學(xué)纖維工業(yè)中普遍用它做絲束膨化劑和 定型劑；在巻煙工業(yè)中用作香煙過濾嘴的膠粘增塑劑；還可用作食品添加劑，香料 固定劑等。另一方面，考慮到乙酸甲酯相對較高的成本(相對于甲醇)，副產(chǎn)物三乙 酸甘油酯可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成乙酸甲酯，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物乙酸甲酯的循環(huán)使用整個(gè) 工藝反應(yīng)起始物仍然為油脂原料和甲醇，生成的產(chǎn)物為生物柴油和甘油如圖2示。
權(quán)利要求
1.一種以乙酸甲酯為?；荏w的生物柴油制備方法，其特征是以乙酸甲酯為?；荏w，用固定化脂肪酶Novozym 435催化不同種類的植物油，在乙酸甲酯和植物油的摩爾比為(12～16)∶1，Novozym 435酶的加入量為植物油的30％，反應(yīng)溫度為40℃以及反應(yīng)時(shí)間為10～14小時(shí)的條件下進(jìn)行如下反應(yīng)甘油三酯乙酸甲酯生物柴油三乙酸甘油酯
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的以乙酸甲酯為酰基受體的生物柴 油制備方法，其特征是 一批反應(yīng)物反應(yīng)結(jié)束后，過濾分離脂肪酶和反應(yīng)液，脂肪 酶經(jīng)乙酸甲酯沖洗或不經(jīng)沖洗直接加入到新鮮反應(yīng)底物中進(jìn)行下一批次催化反 應(yīng)，反應(yīng)條件與上一批次相同。
全文摘要
一種以乙酸甲酯為?；荏w的生物柴油制備方法，其特征是以乙酸甲酯為酰基受體，用固定化脂肪酶Novozym 435催化不同種類的植物油，在乙酸甲酯和植物油的摩爾比為(12～16)∶1，Novozym 435酶的加入量為植物油的30％，反應(yīng)溫度為40℃以及反應(yīng)時(shí)間為10～14小時(shí)的條件下進(jìn)行如上反應(yīng)，而采用乙酸甲酯合成生物柴油，反應(yīng)副產(chǎn)物為三乙酸甘油酯，它對脂肪酶的催化活性沒有明顯的負(fù)面影響，因此脂肪酶不需要任何處理就可以直接回用；催化精制大豆油制備生物柴油，甲酯得率為91％。而且根據(jù)我國的實(shí)際情況，選擇更適合我國國情的棉籽油、菜籽油、茶油進(jìn)行研究，甲酯得率均達(dá)到90％以上，其中催化精制棉籽油制備生物柴油的甲酯得率達(dá)到97％。
文檔編號(hào)C10G3/00GK101343551SQ200710052709
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
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