我國(guó)植物油脂制備化工產(chǎn)品的研究進(jìn)展

梁椿松++張洪彩

摘要：將可再生植物油脂資源替換石化資源制備化工產(chǎn)品，可以有效緩解不可再生資源帶來的壓力，而且植物油脂價(jià)格較低，對(duì)環(huán)境污染程度小。本文簡(jiǎn)單介紹了我國(guó)最近幾年利用植物油脂紙制備化產(chǎn)品的研究進(jìn)展，根據(jù)結(jié)果表明，采用非食用木本油料制備化工產(chǎn)品是以后植物油脂制備化工產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：植物油脂；制備化工產(chǎn)品；研究進(jìn)展；發(fā)展趨勢(shì)

伴隨著可持續(xù)發(fā)展理念的出現(xiàn)，可再生資源在應(yīng)用中受到了廣泛的關(guān)注。植物油本身是一種豐富的可降解生物質(zhì)資源，用途廣泛，其中，植物油脂中存在的不飽和脂肪酸為植物油脂在工業(yè)上的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。本文論述了植物油脂制備化工產(chǎn)品的發(fā)展情況。

1、植物油脂

植物油脂是重要的可再生資源，它來源區(qū)域廣泛，生產(chǎn)成本低。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，世界各地的植物油脂每年的產(chǎn)量大約為兩億多噸，如果將大量的植物油脂轉(zhuǎn)換為不可再生的石化資源，不但可以解決當(dāng)前石化資源等不可再生資源的壓力，還能夠保證化工產(chǎn)品等可持續(xù)發(fā)展下去，進(jìn)而為社會(huì)的穩(wěn)定提供重要的幫助。植物油脂的成本為甘油三酸脂，在分子中，含有一定比例的活性基團(tuán)，比如酯基、不飽和雙鍵等基因。將以上活動(dòng)基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)改性，可以得出不同性能的化工產(chǎn)品。比如，可以將植物油脂進(jìn)行水解，制備脂肪酸，把植物油脂和過氧化合物結(jié)合到一起，受催化劑的影響，進(jìn)而廢除環(huán)氧化合物，如果進(jìn)一步和醇類化合物產(chǎn)生反應(yīng)，可是得出多元醇等化工產(chǎn)品?，F(xiàn)階段，植物油脂在制備化工產(chǎn)品上得到了廣泛應(yīng)用，主要運(yùn)用于制備生物柴油、環(huán)氧化合物、植物油基潤(rùn)滑劑和植物油基多元醇等四個(gè)環(huán)節(jié)中。

2、植物油脂制備生物柴油

第一，當(dāng)石化資源處于短缺和流失狀態(tài)的時(shí)候，影響最為嚴(yán)重的便是燃燒能源產(chǎn)品，如果出現(xiàn)世界燃料供給情況不足時(shí)，便會(huì)增加社會(huì)的壓力，為其帶來多種影響。因此，可以將植物油脂進(jìn)行酯化處理，進(jìn)而產(chǎn)生生物柴油，生物柴油具備的類型和使用性能因?yàn)閼?yīng)用的原料和醇類型的不一致，進(jìn)而形成一定的差異性。當(dāng)前，在生物柴油發(fā)展期間，已經(jīng)出現(xiàn)了部分柴油代替石油化工類柴油使用，這樣一來，對(duì)現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)研究人員通過采用傳統(tǒng)的酯交換方法，對(duì)其加大了研究力度，提出了黃連木油制備生物柴油的實(shí)際操作方式，在良好的工藝條件影響下，制造出來的生物柴油性能和0柴油的使用性能相接近。其中，以大豆油、菜籽油、棕櫚油三種植物油脂為組成原料，受堿性因素的影響，成功催化制備了三種生物柴油，經(jīng)過研究，對(duì)比了三種生物柴油的低溫流動(dòng)性能和添加三種低溫流動(dòng)改性劑對(duì)其產(chǎn)生的影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同環(huán)境下，棕櫚油生物柴油自身具有很強(qiáng)的低溫性能，并且和大豆油、菜籽油相比較而言，占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了-10柴油的性能；在單獨(dú)使用三種改性劑的時(shí)候，均可以改善以上三種生物柴油的低溫流動(dòng)性能，當(dāng)復(fù)合時(shí)，流動(dòng)效果呈現(xiàn)最佳狀態(tài)，實(shí)際應(yīng)用比例為PPD：PGF：pa=3：1：1和2：1：1。再者，以脂肪酶為主，將其作為催化劑，在三步加醇工藝條件的影響下，催化菜籽油會(huì)產(chǎn)生醇解反應(yīng)，制備了菜籽油基生物柴油，三步加醇工藝能夠提升醇的反應(yīng)效率，最終讓菜籽油的醇化率高于90%以上。

第二，在植物油脂分子結(jié)構(gòu)中引進(jìn)酯基，進(jìn)而改進(jìn)植物油脂的低溫流動(dòng)性能，在實(shí)際操作過程中，可以采用甲醇、乙醇異丙醇以及異丁醇等四種類型的化合物，和棕櫚油相互結(jié)合，隨即發(fā)生酯交換反應(yīng)，形成4中分子鏈長(zhǎng)度不一致的生物柴油，對(duì)其性能加大研究力度。經(jīng)過研究結(jié)果表明，含有不用酯基的生物柴油分子鏈處于較長(zhǎng)情況的時(shí)候，其析蠟點(diǎn)和峰值溫度以及膠凝點(diǎn)就會(huì)變得越低。此外，以異丁醇為主的原料制備生物柴油膠凝點(diǎn)是比較低的，這就表示，分子鏈越長(zhǎng)，酯化程度越大，那么就說明低溫流動(dòng)性能就越好。

第三，以土本油料烏桕梓油為主要原料，采取脂肪酶催化法，催化制備了烏桕梓油生物柴油，利用曲面法，加以配置，從而改進(jìn)了工藝條件，使其呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。當(dāng)甲醇用量保持在50%的時(shí)候，催化劑為3.0%時(shí)，那就表明，生物柴油的利用率可以達(dá)到90.30%以上。

第四，采用含有30%的生物柴油的0采油和0采油進(jìn)行臺(tái)架對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)額定工況為90%的動(dòng)力特性情況下，含生物柴油的0柴油耗油率和co排放量濃度不高，比0采油還要低，而且SO2的排放濃度也明顯低于0采油，大約為40%。

第五，以本木油料橡膠籽油為原料，氧化鈣是催化劑，催化制備了生物柴油，橡膠籽油生物柴油的轉(zhuǎn)換率最高可以達(dá)到91.0%，最后，研究了橡膠籽油制備生物柴油的工藝，并且采用活性白土、高嶺土以及活性炭三種脫色劑，分析了橡膠籽油生物柴油的脫色性能，其中，活性炭脫色速度明顯很快，活性白土脫色溫度比較高，其中效果最為明顯。（于此處無用）

3、植物油脂制備環(huán)氧化合物

在植物油脂中，經(jīng)常用它制備環(huán)氧化合物，主要是打開植物油脂分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵結(jié)構(gòu)，將氧元素引進(jìn)去，自主形成環(huán)氧環(huán)，進(jìn)而得出植物油脂基環(huán)氧化合物。植物油脂基環(huán)氧化合物本身具有無毒、無污染的優(yōu)勢(shì)，可以將其用作塑料等制品的增塑劑中。當(dāng)前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的工業(yè)化生產(chǎn)方法主要是以無機(jī)酸硫酸為催化劑，過氧化氫和有機(jī)酸是環(huán)氧化試劑，通過使用該方法，制造出來的環(huán)氧化合物環(huán)氧值比較高，能夠符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，可是硫酸是屬于強(qiáng)酸，一不小心便會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，并且均相催化使得產(chǎn)物分離困難，再加上處理技術(shù)比較復(fù)雜，產(chǎn)生的廢水量較多，進(jìn)而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了一定的污染。

第一，采用磷鎢雜多酸季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑，。催化制備了環(huán)氧大豆油，環(huán)氧值可以達(dá)到7.0%，為了降低水分對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的影響，首先可以對(duì)蓖麻油原料開展脫水處理工作，然后以無機(jī)酸磷酸為催化劑，催化脫水蓖麻油產(chǎn)生氧化反應(yīng)，制備出來的氧化值可以達(dá)到4.90%以上，經(jīng)過研究表明，脫水蓖麻油經(jīng)過環(huán)氧化反應(yīng)以后，自然而然的形成了環(huán)氧基團(tuán)，進(jìn)而提升了原料穩(wěn)定性。

第二，首先將蓖麻油進(jìn)行甲酯化處理，在以無機(jī)酸硫酸為催化劑的條件下，分別論述不同有機(jī)酸和過氧化氫為環(huán)氧化劑時(shí)環(huán)化反應(yīng)的最佳工藝，甲酸和乙酸制備的植物油脂基環(huán)氧化合物的環(huán)氧值都能夠達(dá)到并且高于一級(jí)環(huán)氧大豆油的標(biāo)準(zhǔn)，其中主要以環(huán)氧化劑制備的蓖麻油甲酯環(huán)氧化合物性能最好。endprint

第三，以環(huán)氧大豆油為原料，采用酸酐類化合物為固定劑，研究固化動(dòng)力學(xué)和固化產(chǎn)物的性能，進(jìn)而形成固化反應(yīng)，大約可以將其分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，分別是引發(fā)階段和循環(huán)階段。在引發(fā)階段中，對(duì)于反應(yīng)條件有著很高的要求，主要原因在于活化能和循環(huán)階段的活化能相比較而言要高出很多；另外，固化產(chǎn)物的性能伴隨著酸酐和化合物的用量而不斷提升。再者，以非食用土木油料橡膠籽為原料，經(jīng)過研究，采用無機(jī)酸為催化劑，過氧化氫和乙酸為環(huán)氧化試劑的傳統(tǒng)方法，可以制備出環(huán)氧率高出10%以上的植物油基環(huán)氧化合物。采取負(fù)載貴金屬TI介孔分子催化劑，最終制定出橡膠籽油基環(huán)氧化合物，使得產(chǎn)物環(huán)氧值高于9%以上。

4、植物油脂制備油基潤(rùn)滑劑

現(xiàn)階段，植物油脂基潤(rùn)滑劑應(yīng)用比較廣泛，其潤(rùn)滑性能良好，毒性低，可再生性能高等，受到了人們的廣泛關(guān)注。在超臨界C02狀態(tài)下，以大豆油為主要原材料，進(jìn)行氫化反應(yīng)，制備了潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，其中碘值為84.7712/100g，黏度是7.85Pa.s，過氧值是0.83mmol/kg.第一，以菜籽油為原料，將二乙醇胺和三乙醇胺改性之后的菜籽油和沒有改性的菜籽油相互對(duì)比，得出二乙醇胺改性的菜籽油摩擦性能。

第二，采用空氣等離子體方法制得聚合蓖麻油，經(jīng)過結(jié)果分析表明，聚合蓖麻油主要是由蓖麻油的二聚物和高分子量的齊聚物組成，將聚合蓖麻油和礦物基礎(chǔ)油相互對(duì)比，可以看出，聚合蓖麻油的黏溫性能和低溫性能更好。

5、植物油脂制備多元醇

以植物油脂制備的多元醇可以替換部分石油化工類多元醇在聚氨酯泡沫材料中的應(yīng)用。目前，植物油基多元醇制備基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多元化。

第一，以非食用木油料橡膠籽油為原料，采用開環(huán)法，其應(yīng)用于聚氨酯泡沫材料中。

第二，采用固體酸非均相催化劑制備了大豆油基多元醇，環(huán)氧基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了99%，可是制備的多元醇羥值比較低，僅為203.7mgkom/g。環(huán)氧基團(tuán)轉(zhuǎn)換效率比較高，通過應(yīng)用非均相固體酸催化劑，從根本上解決了工藝復(fù)雜的問題。

6、結(jié)語

從上述論述可以看出，開發(fā)利用非食用土本油料，不但可以解決問題，而且土木油料植物的種植還可以增加森林覆蓋率，調(diào)整氣候條件，因此，利用非食用土本油料制備化工產(chǎn)品具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：梁椿松，男，1984；職稱 工程師.學(xué)位 碩士，主要從事油脂制取、油脂化工工藝研究和設(shè)計(jì)。endprint