改性大豆油硅膠吸附脫色工藝研究

管述哲，劉宣池，張樂(lè)濤，馬朝偉，史云晶，吾滿江·艾力，劉玉梅(.新疆大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 烏魯木齊80046; .新疆工程學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系, 烏魯木齊8009;.中國(guó)科學(xué)院 新疆理化技術(shù)研究所, 烏魯木齊 800)

植物油的化學(xué)成分中幾乎不含硫，且具有黏度大、潤(rùn)滑性能優(yōu)異、無(wú)毒、可生物降解等特點(diǎn)[1-2]。使用植物油作潤(rùn)滑油，既節(jié)約能源，又保護(hù)環(huán)境[3-5]。

色度，作為潤(rùn)滑油品質(zhì)的直觀性功能指標(biāo)，是衡量潤(rùn)滑油性能優(yōu)劣的重要依據(jù)[6-7]。植物油中過(guò)氧化物、色素、機(jī)械雜質(zhì)、磷脂以及微量金屬的存在是造成潤(rùn)滑油劣化成色的主要原因[8-9]。潤(rùn)滑油脫色是生產(chǎn)高質(zhì)量潤(rùn)滑油的必需工序，對(duì)油品脫色精制處理后，可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，減少機(jī)械故障，提高油品的使用性能，改變因外觀質(zhì)量較差而對(duì)銷售不利的狀況[10]。

目前潤(rùn)滑油脫色工藝主要有加氫精制法、絮凝脫色法以及吸附法[11-12]。其中吸附法具有工藝簡(jiǎn)單、吸附效果好、吸附材料來(lái)源廣且價(jià)格低廉等特點(diǎn)[13]。但傳統(tǒng)的吸附材料存在酸渣、白土廢渣后處理及設(shè)備腐蝕等問(wèn)題，亟需具有環(huán)境友好、吸附效率高、可重復(fù)利用的新型吸附材料[14-15]。

本文對(duì)比了硅膠、活性白土、活性炭作為脫色劑對(duì)改性大豆油的脫色效果，并對(duì)硅膠用量、脫色時(shí)間以及脫色溫度進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)研究了脫色后改性大豆油的運(yùn)動(dòng)黏度、傾點(diǎn)、酸值等性能的變化情況，以期為改性大豆油作為潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

改性大豆油：實(shí)驗(yàn)室自制(大豆油與亞磷酸二正丁酯在過(guò)氧化苯甲酰催化下150℃反應(yīng)12 h生成改性大豆油)；氫氧化鈉(分析純)，硅膠(分析純)，活性白土(工業(yè)級(jí))，活性炭(工業(yè)級(jí))，乙醚(分析純)，無(wú)水乙醇(分析純)。

1103204智能恒溫電熱套，D371磁力攪拌器，SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵，BWS-3-SX電子計(jì)重秤，DF-101S電熱恒溫油浴鍋，JSR1104運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定器，JSR0806組合式石油鏟平傾點(diǎn)測(cè)定器，AL204電子分析天平，UV6100S紫外可見分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 改性大豆油的脫色

在圓底燒瓶中稱量20 g改性大豆油，分別加入2%的活性白土、活性炭、硅膠，將反應(yīng)器放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中60℃水浴加熱，磁力攪拌速度500 r/min，加熱時(shí)間3 h。加熱完成后冷卻30 min 過(guò)濾，移取經(jīng)脫色后的油樣，以石油醚作參比用紫外可見分光光度計(jì)在波長(zhǎng)500 nm下測(cè)定吸光度，計(jì)算脫色率。脫色率=(脫色后改性大豆油吸光度-脫色前改性大豆油吸光度)/脫色前改性大豆油吸光度×100%。

1.2.2 測(cè)定方法

按GB/T 265—1988測(cè)定運(yùn)動(dòng)黏度；按GB/T 3535—1983測(cè)定傾點(diǎn)；按GB/T 264—1983測(cè)定酸值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同脫色劑對(duì)脫色效果的影響

分別用活性白土吸附法、活性炭吸附法、硅膠吸附法對(duì)改性大豆油脫色，結(jié)果見表1。

表1 不同脫色劑對(duì)脫色效果的影響

由表1可知，以硅膠為脫色劑對(duì)改性大豆油進(jìn)行脫色處理的效果最佳，脫色率達(dá)37.5%。與其他兩種脫色劑相比，硅膠吸附脫色效果最好。

2.2 硅膠用量對(duì)脫色效果的影響

在脫色時(shí)間1 h、脫色溫度90℃、攪拌速度500 r/min 條件下，研究硅膠用量對(duì)改性大豆油脫色效果的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 硅膠用量對(duì)脫色率的影響

由圖1可知，隨著硅膠用量的增加，改性大豆油的脫色率呈現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)。這主要是由于隨著硅膠用量的增加，改性大豆油中的色素及機(jī)械雜質(zhì)可以通過(guò)物理吸附完全被吸附于硅膠中。當(dāng)硅膠用量為1.0%時(shí)，脫色率達(dá)到26%，硅膠吸附趨于飽和狀態(tài)，繼續(xù)增加硅膠用量，脫色效果不明顯。因此，最佳硅膠用量為1.0%。

2.3 脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響

在硅膠用量1.0%、脫色溫度90℃、攪拌速度500 r/min的條件下，考察脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響。結(jié)果見圖2。

圖2 脫色時(shí)間對(duì)脫色率的影響

由圖2可知，脫色率在一段時(shí)間內(nèi)隨著脫色時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。當(dāng)脫色時(shí)間為3 h時(shí)，脫色率可達(dá)32%，脫色基本達(dá)到吸附平衡狀態(tài)；繼續(xù)延長(zhǎng)脫色時(shí)間，脫色率基本不變化。因此，最佳脫色時(shí)間為3 h。

2.4 脫色溫度對(duì)脫色效果的影響

在硅膠用量1.0%、脫色時(shí)間3 h、攪拌速度500 r/min 的條件下，考察脫色溫度對(duì)脫色效果的影響。結(jié)果見圖3。

圖3 脫色溫度對(duì)脫色率的影響

由圖3可知，隨著脫色溫度升高，脫色率呈先上升后降低的趨勢(shì)。隨著脫色溫度的升高，油品的黏度有所降低，同時(shí)，改性大豆油中的色素及機(jī)械雜質(zhì)的擴(kuò)散速率增加，從而促進(jìn)吸附行為，使脫色率升高；當(dāng)脫色溫度為60℃時(shí)，脫色效果最好，脫色率達(dá)到37.5%；隨著脫色溫度繼續(xù)升高，脫色效果反而變差。這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高導(dǎo)致油品氧化程度加劇，同時(shí)部分被吸附的色素分子也會(huì)因解吸導(dǎo)致脫色效果變差。因此，最佳脫色溫度為60℃。

2.5 脫色后改性大豆油的性能(見表2)

表2 脫色前后改性大豆油的性能比較

由表2可知，脫色后改性大豆油的運(yùn)動(dòng)黏度降低，這主要是由于硅膠具有多孔結(jié)構(gòu)，具有很大的比表面積和很強(qiáng)的吸附能力，能夠通過(guò)物理吸附脫除黏度較大的膠質(zhì)[8]，導(dǎo)致油品的黏度下降；同時(shí)，脫色后改性大豆油的酸值降低，這主要是由于硅膠表面具有羥基基團(tuán)，能夠有效地吸附游離脂肪酸，促使油品酸值降低[11]；此外，由于油品中膠質(zhì)具有阻礙晶體網(wǎng)的形成，從而破壞油品凝結(jié)條件，因此脫色后油品的傾點(diǎn)上升。結(jié)果表明，硅膠吸附后的改性大豆油不僅在色度指標(biāo)上有所提高，對(duì)于其他基礎(chǔ)性能也有一定的影響。

3 結(jié) 論

以硅膠為脫色劑對(duì)改性大豆油進(jìn)行吸附脫色，在硅膠用量1.0%、脫色時(shí)間3 h、脫色溫度為60℃時(shí)，脫色率達(dá)到37.5%。脫色后改性大豆油的運(yùn)動(dòng)黏度(40℃)由123.7 mm2/s降至117.3 mm2/s，運(yùn)動(dòng)黏度(100℃)由20.9 mm2/s降至16.8 mm2/s，傾點(diǎn)由34.3℃降至26.5℃，酸值(KOH)由9.9 mg/g降至9.0 mg/g。脫色后改性大豆油可作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油的基礎(chǔ)油，有利于降低汽車尾氣中的有害物質(zhì)。

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