生物柴油作为一种环境友好、可再生、优质的清洁生物燃料,不仅能够增强我国的石油安全,还有利于改善环境、促进农村发展。近期日本核泄漏事件带来的不良影响,更凸显了生物能源的优势。
然而,传统化学法采用的液体酸碱催化工艺存在生产过程复杂、腐蚀设备、催化剂难以回收、副产甘油精制困难以及后续处理产生大量废水等问题。因此,寻求活性稳定、可回收和重复利用的新型催化剂,并开发绿色催化工艺,成为近年来的研究热点。近日,中国科学院西双版纳热带植物园生物能源组在小桐子生物柴油制备工艺上取得新进展,相关研究成果发表于国际期刊《Bioresource Technology》,并申请了一项专利(郭峰,方真. 一种离子液体催化制备生物柴油的方法. 中国:CN201010578591.1)。
郭峰助理研究员和方真研究员在大量实验基础上,提出采用廉价商业离子液体作为溶剂和催化剂,直接催化粗榨高酸值的小桐子油(酸值13.8 mg KOH/g),一步法制备生物柴油,取代了常规耗时的两步法。酸性离子液体既能催化游离脂肪酸与短链醇的酯化反应生成脂肪酸甲酯,又能催化油脂的酯交换反应。在酸性离子液体提供的Brønsted酸与氯化盐提供的Lewis酸协同催化作用下,生物柴油得率提高至99.7%。反应结束后,通过回收甲醇、静置或离心分离离子液体,干燥后即可循环使用。该研究为利用低质动植物油快速、绿色生产生物柴油提供了新方法。
酸性离子液体不仅具有优良的溶剂特性(如蒸汽压低、不燃烧、热稳定性好,适用温度范围-40~300摄氏度),还具备Lewis酸和Brønsted酸特性。含有SO4H基团的酸性离子液体同时具备溶剂和Brønsted酸功能,对环境无污染,在催化、有机合成、分离和电化学等领域有广泛应用。离子液体在能源和化工领域的应用正快速发展,并将在未来持续。目前,人们对离子液体影响化学反应的认识仍处于初级阶段,但可以预见,当人们充分理解其作为溶剂和催化剂的本质并熟练操控时,其应用潜力将呈现爆炸性增长。