蓖麻油水解皂化制備甘油工藝優(yōu)化

張月娥，鄧宇，2

（1. 天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津300457；2. 天津市制漿造紙重點實驗室（天津科技大學(xué)），天津 300457）

蓖麻油的主要成分為高級脂肪酸的甘油三酸酯，蓖麻油中有8 種脂肪酸，其主要脂肪酸為蓖麻油酸、油酸、棕櫚酸和亞油酸，不飽和脂肪酸總量高達88%左右[1-2]。甘油又名丙三醇，為無色澄明黏稠液體。 它主要用于制造硝化甘油、醇酸樹脂、聚酯樹脂、縮水甘油醚和環(huán)氧樹脂等，在紡織和印染工業(yè)中用以制取潤滑劑、吸濕劑、織物防皺縮處理劑、擴散劑和滲透劑等，此外在醫(yī)學(xué)、涂料、食品、造紙、印刷、制革、金屬材料加工及橡膠等工業(yè)中均有廣泛應(yīng)用[3-11]。

本實驗用蓖麻油作為原料，加入NaOH 加熱進行裂解反應(yīng)制備甘油，改變不同的反應(yīng)條件，得到蓖麻油堿裂解制備甘油的最優(yōu)工藝條件。 此后將產(chǎn)品甘油經(jīng)提純精制，得到純度和收率均較高的產(chǎn)品。

1 實驗

1.1 原料與藥品、實驗儀器

原料與藥品：蓖麻油：化學(xué)純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉：AR，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；硫酸，AR，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠。

實驗儀器：DK-98-1 電熱恒溫水浴鍋； 三口燒瓶；HKW-Ⅲ電子節(jié)能控溫儀； JT302N 電子天平；DH-101 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；WQF-510 型傅立葉變換紅外光譜儀。

1.2 實驗方法

將蓖麻油與6 mol／L NaOH 按一定體積比加入三口瓶中常壓堿解，緩慢升溫至100 ℃維持30 min，皂化后停止加熱。

將上述產(chǎn)物加入適量的硫酸至完全溶解，分液并取上層有機相待用。 下層為甘油。

1.3 檢測

用甘油銅比色法檢測甘油銅的含量，以測定蓖麻油皂化的最佳條件。 此方法是利用甘油銅在一定波長下的最大吸光度而建立的一種比色法，用以檢測某種物質(zhì)中甘油的含量（見表1）。

表1 甘油含量與吸光度的關(guān)系

分析表1 中的數(shù)據(jù)，將甘油含量在0.002 ～0.010 g／mL 范圍內(nèi)與各點對應(yīng)的吸光度作圖，所得到的工作曲線的線性方程為Y＝0.03125X+0.0023，R＝0.993。

2 結(jié)果與討論

2.1 蓖麻油皂化單因素實驗

2.1.1 蓖麻油皂化原料質(zhì)量比對甘油含量的影響實驗條件：蓖麻油皂化溫度為100 ℃，蓖麻油水解時間為30 min，改變蓖麻油與NaOH（6mol／L）的質(zhì)量比，考察蓖麻油皂化原料質(zhì)量比對產(chǎn)物中甘油含量的單因素實驗。 實驗結(jié)果如表2 所示。

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由表2 可知，在蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比小于3∶5 時，所得甘油含量較小，是由于NaOH 用量過少時反應(yīng)不能充分發(fā)生； 當(dāng)蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5 時，產(chǎn)物中甘油含量達到最大值，隨后逐漸減少，因此最適宜的蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5。

2.1.2 蓖麻油皂化時間對甘油含量的影響

實驗條件：蓖麻油與NaOH （6 mol／L）的質(zhì)量比為3∶5，蓖麻油皂化溫度為100 ℃，改變蓖麻油的皂化時間，考察其對產(chǎn)物中甘油含量的影響。實驗結(jié)果如表3 所示。

表3 蓖麻油皂化時間對甘油含量的影響

由表3 可知，在蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5，蓖麻油皂化溫度為100 ℃時，皂化時間在50 min 之前甘油含量都是逐漸增加的，在50 min 時甘油含量達到最大值，隨后漸漸減少，原因在于皂化時間過短反應(yīng)不充分，時間過長則有副反應(yīng)發(fā)生，因此蓖麻油的最佳皂化時間為50 min。

2.1.3 蓖麻油皂化溫度對甘油含量的影響

實驗條件：蓖麻油與NaOH（6mol／L）的質(zhì)量比為3∶5，蓖麻油皂化時間為50min，改變蓖麻油的皂化溫度，考察其對產(chǎn)物中甘油含量的影響。實驗結(jié)果如表4 所示。

表4 皂化溫度對甘油含量的影響

由表4 可知，在蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5，皂化時間為50 min 時，蓖麻油皂化溫度在120 ℃之前，制得的甘油含量較小，這是由于溫度過低不利于裂解反應(yīng)，在120 ℃時制得的甘油含量達到最大值，當(dāng)溫度高于120 ℃時制得的甘油含量減小，因此蓖麻油的最佳皂化溫度為120 ℃。

2.2 蓖麻油皂化正交實驗

基于單因素實驗結(jié)果，制定正交因素水平表，見表5。

表5 蓖麻油皂化因素水平表

表5 為三因素三水平表，因此選用正交表L9（34）進行實驗，并處理數(shù)據(jù)，結(jié)果見表6。

表6 蓖麻油皂化正交實驗表

由表6 數(shù)據(jù)分析可知，蓖麻油皂化的最佳條件是：蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5，皂化時間為60 min，溫度為120 ℃。

2.3 最佳皂化條件下的重復(fù)試驗

實驗條件： 蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5，皂化時間為60 min，溫度為120 ℃。實驗結(jié)果如表7 所示。

表7 最佳條件下的重復(fù)實驗

由表7 可知，在最優(yōu)工藝條件下即蓖麻油與NaOH 的質(zhì)量比為3∶5 時，皂化時間為60 min，溫度為120 ℃，甘油含量可穩(wěn)定在0.40 g／mL 左右。

3 結(jié)論

（1）蓖麻油皂化的最佳條件為蓖麻油與NaOH的質(zhì)量比為3∶5，皂化時間為60 min，溫度為120 ℃。 甘油含量可穩(wěn)定在0.40 g／mL 左右。

（2）本實驗制得的甘油經(jīng)檢測含量較高，該方法可行。

[1]曾娟，郭佩佩，歐陽勇，等.海南蓖麻籽中脂肪酸的組成分析 [J]. 海南大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版，2009，27（3）：259-260.

[2]陳麗麗，高穎，朱國立，等.蓖麻油生物合成的研究進展[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，27（3）：318-321.

[3]余天石，俞捷，葛明橋.丙三醇醇解聚酯產(chǎn)物的測試與表征[J].紡織學(xué)報，2012，33（1）：11-14.

[4]烏迪，劉向東，呂凱，等.丙三醇對鎂合金微弧氧化過程及膜層的影響[J].材料保護，2009，42（2）：1-3.

[5]唐易達，馬志鵬，陸少鋒.丙三醇改性聚脲微膠囊相變材料的研制與性能 [J]. 高分子材料科學(xué)與工程，2012，28（5）：140-147.

[6]舒俊生，徐志強，瞿先中，等.丙三醇和丙二醇熱裂解生成羰基化合物研究[J].煙草化學(xué)，2012，（2）：23-27.

[7]董延茂，鮑治宇. 丙三醇雙磷酸酯三聚氰胺鹽的合成[J]. 蘇州科技學(xué)院學(xué)報 （自然科學(xué)版），2009，26（1）：35-38.

[8]王樹民，周偉良，鄧華，等.丙三醇縮水甘油醚的合成[J].廣州化工，2011，39（15）：79-83.

[9]歐陽華勇，凌岫泉.以丙三醇和氯化氫為原料制備環(huán)氧氯丙烷的工藝研究[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2009，30（6）：4-7.

[10]舒俊生，徐志強，胡永華，等.丙三醇熱裂解形成羰基化合物機理研究[J].食品科學(xué)，2010，31（11）：113-118.

[11]吳珺玥，劉全勇，石銳，等.多壁碳納米管／聚（丙三醇-癸二酸-檸檬酸）酯彈性體復(fù)合材料的制備與性能研究[J].橡膠工業(yè)，2009，56（11）：670-674.