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生物柴油稳定性研究
更新时间:2023-10-30   点击次数:428次

生物柴油稳定性研究

生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、动物油(如鱼油、猪油、牛油、羊油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“绿色能源",具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好,原料来源广泛、可再生等特性。然而,生物柴油的氧化稳定性问题限制了其在实际应用中的广泛使用。

生物柴油与油脂相似,在存储过程中,受到空气、热、金属、过氧化物、光和微生物等环境的影响而发生氧化、聚合、降解等质变。质变的主要原因是脂肪酸中含有不稳定的双键,不稳定的双键还可发生共轭,使之更容易氧化降解产生醛、酮,并最终形成聚合物,使生物柴油无法作为燃料继续使用。因此,对生物柴油稳定性的研究具有重要意义。

影响生物柴油稳定性的因素主要包括储存条件、化学性质等。储存条件如温度、光照、氧气接触等都会对生物柴油的稳定性产生影响。此外,生物柴油的化学性质,如酸值、碘值、水分含量等,也会对其稳定性产生影响。

影响生物柴油稳定性的因素有:

1、原料。合成生物柴油的原料有植物油脂、动物油脂以及废弃油脂,原料的差异主要是油脂中的脂肪酸组成、酸价 (主要来源于游离脂肪酸)、天然的抗氧化成分 (如生育酚、类胡萝卜素等)等。它们的存在,不但影响其酯化反应速率、催化剂选择、生物柴油的质量等外,还严重地影响生物柴油的稳定性。

2、温度、空气和水分。温度是影响生物柴油降解的主要因素之一。D.Y.C.Leung研究了在4℃、20℃、40℃不同温度下,生物柴油的储藏稳定性,通过脂肪酸甲酯的含量和酸价的变化来评价生物柴油的降解程度,发现在4℃下储藏的生物柴油降解性最-低,40℃时其降解程度最高。这可能是由于在高温下生物柴油发生了高度氧化所致。

    此外,生物柴油的化学性质,如酸值、碘值、水分含量等,也会对其稳定性产生影响。

    低场核磁共振法基于对氢质子信号的优秀捕捉能力,可以借助宏观弛豫谱图表征含氢分子的微观运动特征,从而对样品内部不同含氢组分进行定量定性的分析,具有绿色无污染、无损可重复、快速高精度、简便易操作等优点,在生产制备或混合油品中生物柴油的含量检测、生物柴油氧化稳定性分析、抗氧化剂对生物柴油的稳定性提高等方面有深入的应用。

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图1:样品A(纯十八烷酸甲酯)、B(十八碳三烯酸甲酯18:3)、C(亚麻籽生物柴油)在不同加热时间下的核磁T2分布

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图二 (A)亚麻籽生物柴油加热96h后的核磁T2分布、(B) 溶解于烷类溶液的上清部分、(C) 不溶解烷类溶液的沉淀部分

根据两幅图中的低场核磁对生物柴油的测试弛豫分布,有如下结论:

1. 在图一中0时刻,所有三个样品A、B、C都表现出非常相似的T2分布,样品表现出一定的一致性,差不多均由三个峰值组成。

2.    由图一可知氧化加热时间变长对不同样品的影响是有明显差异的。A样品的T2分布保持不变;B、C样品的T2分布有明显的变化,均在较低的T2值出现了新的峰值。这是因为B、C样品含有相当多的FAMEs(脂肪酸甲基酯),因此在24小时及更长时间的加热下,T2分布显示出明显的变化,验证了生物柴油发生氧化时的不稳定性。同时短T2分布的增加,也可以和氧化后样品黏度的增加相对应(黏度由黏度计获得),短T2组分占比越多,样品氧化越严重,黏度越高。

3.    根据图二,通过低场核磁技术表征了生物柴油在氧化后的氧化沉淀产物以及可溶解产物的组分分布,为氧化进展提供直接证据。

 

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