谈述果实光皮树果实生物液体燃料绿色制备工艺原理与技术

论文导读：
摘要：我国缺油少气,石油和食用植物油的对外依存度均己高达60%。随着国民经济的快速进展,植物油供需矛盾日益突出,采取可再生的植物油资源制备生物燃料已成为全球关注的热点。而现有植物油脂资源无法满足市场需要。由此,培育特色高含油植物资源,开发高效绿色加工技术作用重大。光皮树(Swida wilsoniana)全果含油高达30%从上,是典型的高含油木本油料植物,其油脂既可作轻化工业的原料,也是理想的生物柴油原料。遵循生态能值原理,采取绿色技术制备能源产品,构建光皮树油料资源能源化绿色转化技术系统,对于推动光皮树等能源油料植物的种植,降低石化能源消耗,维护我国能源安全,实现低碳经济目标存在重要作用。本文从湖南省林科院选育出的光皮树良种(湘林G1)的果实为探讨对象,从能源化使用为目的,应用生物技术、绿色化学工程技术从及生态经济能值论述进行光皮树果实中油脂的能源化转化探讨。全面分析光皮树果实的基本成分,体系探讨光皮树果实高效制油和油脂清洁转化制备液体燃料等绿色技术,并开展了光皮树果实能源化历程的能量平衡分析,构建出一套光皮树果能源化使用的绿色转化技术系统,为光皮树果实能源化使用提供了论述基础和技术支持。主要结果如下：1.体系分析了光皮树(湘林G1)果实的基本组成和脂肪酸分布规律,初步建立了光皮树果实的近红外检测模型及数据库。①光皮树果由果皮(41.32%)、种皮(49.93%)和种仁(8.75%)组成,其含油率分别为55.00%、11.53%和62.14%；不同部位油的脂肪酸组成均从油酸和亚油酸含量为主,其中果皮中油脂的脂肪酸成分主要包括棕榈酸(24.41%)、亚油酸(32.46%)、油酸(30.07%)和硬脂酸(1.64%),种皮中油脂的脂肪酸主要包括棕榈酸(12.48%)、亚油酸(54.79%)、油酸(26.93%)和硬脂酸(2.18%),种仁中油脂的脂肪酸主要包括棕榈酸(6.61%)、亚油酸(58.80%)、油酸(22.32%)和硬脂酸(2.03%)。②光皮树果实的基本质量组成为：油脂(33.95%),纤维素(29.16%)、蛋白质(7.72%)、淀粉(10.60%)、糖(3.22%)、水分(9.36%)、磷脂(0.66%)和其他成分(5.33%)。③针对光皮树果实常用检测指标(含油率、水分和热值),从46个光皮树果实为基础,建立了相应指标的近红外光谱分析模型,其中含油率的相联系数为0.99,水分的相联系数为0.95,粗蛋白的相联系数为0.91,热值的相联系数为0.96。2.建立了适合光皮树果实制油的“冷榨-正丁醇浸提”绿色制油新工艺,实现了光皮树油和磷脂的同步提取。①采取冷榨制油技术制备光皮树油,制约光皮树果实含水率为9.00%左右,压榨榨轴转速30-40rpm,出饼孔径为4-8mm时,经一次压榨后光皮树饼粕残油率可降低到7.00%;②从正丁醇为溶剂提取光皮树油,在提取油脂的同时,实现油脂中伴随物(如磷脂、维生素E等)的高效浸提；正丁醇提油的最佳工艺参数：浸出次数3次,浸出时间为90min,浸出温度为60℃,液料比为1.2：1,浸提率可达88.62%；③采取“纤维素酶+中性蛋白酶”复合酶系统进行光皮树果实提油,最优组合案例为：先纤维素酶3h再加蛋白酶,加酶量2.5%,酶比例4：1,酶解时间4h,提取的油脂颜色浅、杂质少、流动性好,光皮树油提取率可达80.54%；④“冷榨-正丁醇浸提”制取光皮树油,可从实现提油率达96.73%,磷脂提取率达97.69%。该组合工艺既能降低冷榨制油的能耗,又能减轻后述正丁醇提油的负荷,实现油脂和磷脂等高附加值产物的同步提取,是一种极具开发潜力的绿色制油新工艺。3.采取悬浮聚合法制备了用于固定化酶的含有环氧基团磁性多孔高分子微球,提升了酶促酯交换历程中酶的活性和稳定性。①采取悬浮聚合法制备了用于固定化酶的含环氧基团的磁性多孔高分子微球,粒径为4μm,粒子分布均匀,表面呈多孔结构；②从GHD(40)为载体优化了脂肪酶的固定化条件：载体/脂肪酶(m/m)=125mg/g,固定化时间为7h,酶的吸附量为118.5mg·g-1,比酶活7.56×105U/g,酶的活力回收率为0.95；③制备了三种不同的环氧值的固定化假丝酵母脂肪酶,采取单分子层吸附模型Langmiur方程拟合GHD吸附光皮树的吸附等温线,相联系数大于0.论文导读：务可从关系人员哦。摘要4-7ABSTRACT7-12目录12-16图表索引16-201绪论20-381.1引言20-211.2木本油料能源化探讨发展21-231.2.1能源型木本油料资源探讨发展21-221.2.2木本油料能源化使用的途径22-231.3光皮树资源探讨发展23-261.4植物油料制油技术探讨发展26-291.4.1水
99；分析聚合物的环氧值和温度对光皮树油吸附量的影响,建立了拟合动力学二级吸附方程,相联系数大于0.999,光皮树油在固定化酶表面吸附活化能为30.44kJ/mol,和游离酶相比,固定化酶催化光皮树油酯交换的最佳反应温度以37℃提升到42℃,最适反应pH以7.2提升到7.5,重复利用12次,固定化酶的活力仍保持在92%从上；④GC-MS分析光皮树油甲酯,其主要成分是油酸甲酯(50.61%),棕榈酸甲酯(14.74%),硬脂酸甲酯(7.11%),是传统石化柴油的良好替代品。4.建立了催化裂化和酯化降酸相结合的植物油裂解新工艺。①在CaO中加入KF,合成了适合植物油裂解的高效固体催化剂KF/CaO,该催化剂呈层片状多孔状态,比表面积较CaO有较大的提升,同时有效的避开了碱性中心被CO2等酸性气体中和,以而提升了催化剂的活性和稳定性；②从自制KF/CaO为催化剂进行光皮树油催化裂解,最佳工艺条件为：催化剂1.0%,温度494.2℃,反应时间68.6mmin,液相收率高达84.0%从上；③针对裂解产品中具有一定的羧酸化合物,导致产品酸偏高,采取离子液体[Hnmp]+HSO4为催化剂对裂解产物进行酯化降酸,获得了质量稳定的富烃基生物液体燃料,最高酯化率达95.7%,且离子液体重复利用4次后,总体转化率仍保持在90%从上,最佳酯化工艺参数：醇油比30%,反应温度75℃,反应时间100min,催化剂2.0%。5.基于生态能值原理,结合投入产出模型进行了光皮树果实制备生物液体燃料历程的生命周期能量分析。结果表明：如果不考虑副产品的能量分配效益,甲酯基生物液体燃料和富烃基生物液体燃料的净能值(NEV)分别为31593.38MJ/ha和36924.16MJ,化石能效比(FER)分别为3.94和6.71；如果考虑副产品的能量分配效益,甲酯基生物液体燃料和富烃基生物液体燃料的净能值(NEV)分别为98453.66MJ/ha和99121.2MJ/ha,化石能效比(FER)分别为4.52和7.17。上面陈述的结果进一步证明了光皮树果实制备的甲酯基生物液体燃料和富烃基生物液体燃料均具有正能量效益,可从节约部分化石能源。但以能量效益的角度来说,富烃基生物液体燃料更具竞争性,现有的植物油催化裂解技术较现有的酯交换技术更适于生物液体燃料的制备。探讨结果也为光皮树油料替代化石燃料的可行性探讨从及光皮树能源化产品开发技术路线的选择提供了一定的借鉴意义。关键词：光皮树果实论文甲酯基论文富烃基论文生物液体燃料论文绿色技术论文生态能值论文生命周期能量分析论文
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ABSTRACT7-12
目录12-16
图表索引16-20
1 绪论20-38

1.1 引言20-21

1.2 木本油料能源化探讨发展21-23

1.2.1 能源型木本油料资源探讨发展21-22

1.2.2 木本油料能源化使用的途径22-23

1.3 光皮树资源探讨发展23-26

1.4 植物油料制油技术探讨发展26-29

1.4.1 水酶法制油技术27

1.4.2 浸出制油技术27-29

1.5 酶法制备甲酯基生物液体燃料探讨发展29-30

1.5.1 可用于油脂酯交换反应的脂肪酶29

1.5.2 脂肪酶的固定化29-30

1.5.3 生物柴油制备办法的对比30

1.6 植物油裂解制生物液体燃料探讨发展30-32

1.7 生物液体燃料的生命周期能量分析探讨发展32-35

1.7.1 生命周期评价办法32-33

1.7.2 生物液体燃料的生命周期评价探讨33-34

1.7.3 生命周期能量分析的评价指标34-35

1.8 探讨内容和技术路线35-38

1.8.1 探讨内容35-36

1.8.2 技术路线36-38

2 光皮树果实基本成分分析及近红外光谱数据库的建立38-50

2.1 原理38-40

2.

1.1 气相色谱法(GC)测光皮树油脂肪酸组成的原理38

2.

1.2 近红外光谱快速检测原理38-40

2.2 材料与办法40-41

2.1 材料与仪器40

2.2 光皮树果实中油脂的提取40

2.3 光皮树果实基本成分分析40-41

2.2.4论文导读：设计法优化光皮树油的催化裂解参数97-1045.3.9光皮树油裂解产品表征104-1075.3.10光皮树油催化裂解产物的精制107-1095.4本章小结109-1106光皮树果实制备生物液体燃料的生命周期能量分析110-1246.1生命周期能源分析边界划分及基础数据收集模式110-1126.

1.1生命周期能源分析边界的划分110-1116.2基础数据收集模式111

光皮树油脂的脂肪酸组成分析41

2.5 光皮树果实理化性质的近红外光谱检测41

2.3 结果与讨论41-49

2.3.0 光皮树果实的基本组成41-42

2.3.1 光皮树果实各部位质量分布42

2.3.2 光皮树果实各部位的含油率42-43

2.3.3 光皮树果实不同部位油脂的脂肪酸组成43-45

2.3.4 光皮树果实理化性质的近红外光谱快速检测模型构建45-49

2.4 本章小结49-50

3 光皮树果实高效制油技术探讨50-70

3.1 探讨思路50-51

3.2 材料与办法51-55

3.

2.1 材料与仪器51

3.

2.2 油料理化性质的检测51-52

3.

2.3 光皮树果实的低温冷榨制油52

3.

2.4 正丁醇研磨浸提法同步提取油脂和磷脂52-54

3.

2.5 水酶法提取光皮树油脂54-55

3.3 结果与讨论55-68

3.1 光皮树果实单螺旋低温压榨制油操作参数的优化55-59

3.2 正丁醇多级研磨提油工艺59-61

3.3 水酶法提取光皮树油61-67

3.4 制油技术比较分析与工艺选择67-68

3.4 本章小结68-70

4 光皮树油酶促酯交换制备甲酯基生物液体燃料70-86

4.1 原理70

4.2 材料与办法70-73

4.

2.1 试剂70-71

4.

2.2 载体制备极为性能探讨办法71-72

4.

2.3 假丝酵母固定化脂肪酶的制备办法72

4.

2.4 光皮树油在固定化酶表面的吸附平衡与吸附动力学实验72-73

4.

2.5 甲酯基生物液体燃料的制备及成分分析办法73

4.3 结果与讨论73-85
4.

3.1 交联剂用量对聚合物性能的影响73-74

4.

3.2 脂肪酶固定化影响因素74-76

4.

3.3 光皮树油在固定化酶表面的吸附平衡与吸附动力学76-81

4.

3.4 甲酯基生物液体燃料的制备与成分分析81-85

4.7 本章小结85-86
5 光皮树油催化裂解制备富烃基生物液体燃料86-110

5.1 原理86-87

5.2 材料与办法87-91

5.

2.1 材料与仪器87-88

5.

2.2 固体催化剂KF/CaO的制备88

5.

2.3 光皮树油裂解制备富烃基燃料88-89

5.

2.4 [Hnmp]~+HSO_4~-的合成89

5.

2.5 裂解生物液体燃料的精制89

5.

2.6 计算统计与检测办法89-91

5.3 结果与讨论91-109
5.

3.1 光皮树油主要理化性质的分析91-92

5.

3.2 固体催化剂KF/CaO的表征92-93

5.

3.3 光皮树油热裂解特性分析93-94

5.

3.4 光皮树油热裂解催化剂的选择94-95

5.

3.5 温度对光皮树油热裂解效果的影响95-96

5.

3.6 催化剂含量对光皮树油热裂解效果的影响96

5.

3.7 不同反应时间对光皮树油热裂解效果的影响96-97

5.

3.8 minitab中心复合设计法优化光皮树油的催化裂解参数97-104

5.

3.9 光皮树油裂解产品表征104-107

5.

3.10 光皮树油催化裂解产物的精制107-109

5.4 本章小结109-110
6 光皮树果实制备生物液体燃料的生命周期能量分析110-124

6.1 生命周期能源分析边界划分及基础数据收集模式110-112

6.

1.1 生命周期能源分析边界的划分110-111

6.

1.2 基础数据收集模式111-112

6.2 评价办法112-114
6.

2.1 基本假设112

6.

2.2 评价指标112-113

6.

2.3 算法分析(投入产出模型)113-114

6.3 评价结果与讨论114-123
6.

3.1 光皮树种植环节能量需求分析114-115

6.

3.2 光皮树果实制油环节能量需求分析115-117

6.

3.3 生物液体燃料转化环节能量需求分析117-119

6.

3.4 两种生物液体燃料产品体系的生命周期能量分析119-123

6.4 本章小结123-124
7 结论与展望124-129

7.1 结论与创新点124-127

7.2 认识和展望127-129

参考文献129-140
附录 攻读学位期间的主要学术成果140-144
致谢144