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安徽理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
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一、课题的名称、来源
1.课题名称
油炸废油制备生物柴油的研究
2.课题来源
√√√
生产 科研 √√
教学 √√
其他
二、研究意义、研究现状、研究内容、拟采用的研究思路与方法(可附页)
1课题研究意义
能源体系[2]。根据中国国情，中国解决能源安全问题主要有节能技术推广、能源供应多元化、能源是人类文明的先决条件，是经济增长和社会发展的重要物质基础。能源是一个国家或地区实现经济持续发展和社会进步所必须的保障[1]。过去的200多年，建立在石油、煤炭、天然气等化石燃料基础的能源体系极大的推动了人类社会的发展。人类所需的能量80%以上来源仍然是石油、煤和天然气。这也造成了很多问题：一是其造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料总有一天要枯竭。人们开始把目光转移到有利于社会可持续发展的可再生石油进口多元化和建立战略石油储备等途径。利用生物技术开发的可再生能源是多元化能源体系中的关键部分[3]。
生物柴油(Biodiesel)[4]亦即脂肪酸低碳醇酯(FAME)[5]作为可再生能源的重要部分，它是一种长链脂肪酸的单烷基酯。天然油脂多由直链脂肪酸的甘油三酯组成，与甲醇酯交换后，分子量降至与柴油相近，且具有接近于柴油的性能。从植物油生产的生物柴油不含硫和芳烃，十六烷值高，并且润滑性能好，所以是一种优质清洁柴油[6—8]。这些长链脂肪酸单烷基酯可生物降解，闪点高，无毒，挥发性有机物(VOC)含量低，具有优良的润滑性能和溶解性，也是制造可生物降解的具有高附加值的精细化工产品原料[9,10 ]。生物柴油以可再生资源如油菜籽油、大豆油、玉米油、棉籽油、花生油、葵花子油、棕榈油、椰子油、回收烹饪油（如油炸废油）或动物油等为原料，其中植物油脂是我国最为丰富的生物柴油原料油资源，它包括草本植物油、木本植物油及水生油料植物油[11]。目前使用较多的原料油为:菜籽油、大豆油、蓖麻油、油炸废油、棕榈油。
油炸废油油炸废油是不可食用的动植物废油脂，是多次煎炸食物后的废油。其中地沟油是指从宾馆、酒楼的地沟隔油池中捞取油腻漂浮物或直接将废油收集后经过简单的加热、分层、脱水、去渣、中和、沉淀等工艺提取的油脂。油炸炸废油长时间反复多次高温加热，
不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸等营养成分被破坏殆尽，但酚类、酮类和其它有害物质却大大增加，其中多环芳烃等致癌物质也开始形成。瑞士科学家发现，炸土豆条中含有较高的致癌物质——聚丙烯酰胺。动物实验结果表明，废油可缩短果蝇30％以上的寿命，增加果蝇的不育率[12]。
油炸废油如被不法分子收集、加工处理掺伪后，非法流回餐饮业，将严重危害消费者的人身健康，如直接用于养猪业，会导致泔水猪问题，易引起间接人畜感染[13]；如直接将其排入下水道，不仅造成资源的浪费，而且严重污染环境。
资料显示我国每年消耗油脂约 2200 万吨，其中 15% 约330 万吨成为废弃油脂 随着 2007 年到 2008 年食用油价格的大幅上涨，加工餐厨废弃油脂的净利润也越来越大，地沟油收购市场非常混乱，大量不法分子介入泔水油的收购牟取暴利 可想而知，如此大量的餐厨废油脂只要有一少部分被简单提炼回流食用油市场，就会对消费者的身体健康造成巨大危害[14]。
餐饮废油含大量有机物．具有污染和回收利用双重性。在全球面临能源危机及环境污染日益严重的情况下，对餐饮废油进行合理回收利用。实现变废为宝，已被人们认识。目前，已在制备生物柴油领域取得了显著的成果，展示出了良好的应用前景[15]。
2 研究现状
国内研究现状
我国开展生物柴油的研究开发工作较早，据调查，1981年已有用菜子油、棉籽油、乌柏油、木油、茶油等植物油生产生物柴油的试验研究。
我国的生物柴油产业刚刚起步，目前的年产量不到3万t，但是发展势头较好，中国科技大学、石油化工研究院、东北林业大学、华东理工大学等多家单位都对这方面进行了研究，并进行了小试。海南正和生物能源有限公司于2001年9月建成年产近l万t的生物柴油试验工厂，油品经权威部门测试，主要指标达到美国生物柴油标准，产品价格具有市场竞争力，已成为我国生物柴油产业化的标志[16]。
2002年9月，福建省龙岩市建成年产2万t生物柴油装置，标志着我国生物柴油生产也可以实现产业化。2004年英国利奥有限公司与湖南天源生物清洁能源有限公司签订了投资额达3000万欧元的20万t生物柴油项目。其主要利用洞庭湖畔的野生豆类为原料，经生物酶发酵再提炼油品。2004年科技部高新技术和产业化司启动了“十五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目，2005年中国工程院举行“2005中国生物工程论坛”，讨论了生物液体燃料及生物化工制品在中国的可行性。2005年，由石元春院士主持的国家专项农林生物质工程开始启动，规划生物柴油在2010年的产量为200万t·a-1、2020年的产量为1200万t·a-1[17]
科研方面，曹宏运等[18]采用Zr(SO4)2固体酸为催化剂制备生物柴油，研究表明，在甲醇与大豆油物质的量比为6∶1、催化剂用量占原料油总质量的3%、反应温度65℃和反应6 h条件下，脂肪酸甲酯收率可达96. 6%。陈和[19]以TiO2-SO42- 为催化剂，以油酸为原料，油酸添加量占棉籽油总质量的30%，在反应温度230℃、甲醇与棉籽油物质的量比为12∶1、催化剂用量占棉籽油总质量的2%和反应(8～10) h条件下，脂肪酸甲酯收率达90%以上。吴芹等[20]以磺酸类离子液体为催化剂，在反应温度170℃、甲醇与棉籽油物质的量比为12∶1、离子液体催化剂用量占棉籽油总质量约1%和反应5 h条件下，脂肪酸甲酯收率可达90%以上。
国外生物柴油的研究现状
近年来，欧美国家大力推进生物柴油产业，给予巨额财政补贴和优惠税收政策支持，使生物柴油价格与石油柴油相差无几，从而使之具有较强的市场竞争力。2001年，欧盟国家生物柴油产量突破100万t，计划于20lO年生物柴油产量达到800万一1000万t，使生物柴油在柴油市场中的份额达到5．75％，规划2020年达到20％。其中2000年德国的生物柴油已达45万t，2004年的生产能力达到了109．7万t。法国有7家生物柴油生产厂，总能力为40万t·a～．使用标准是在普通柴油中掺加5％生物柴油，对生物柴油的税率为零。意大利有9个生物柴油生产厂，总能力33万t·a～，对生物柴油的税率为零。奥地利有3个生物柴油生产厂，总能力5．5万t．a～，税率为石化柴油的4．6％。比利时有2个生物柴油生产厂，总能力24万t．a一。巴西在大力发展乙醇燃料的同时，已建成大型生物柴油生产装置，其生物柴油在石油柴油中的掺比达到5％。2020年将达到20％。保加利亚也开始使用白产的生物柴油，已有10至12家公司开始使用这种新型环保燃料。2002年美国生物柴油销售量为5万t，2003年提高到8万t，比2001年的1．6万t提高了400％。美国规划2011年生产生物柴油115万t，2016年达到330万t。韩国在建成10万t·a。生物柴油生产装置的基础上，目前正在筹建另一条生产线。日本生物柴油生产能力也达到40万t-a‘。菲律宾正与美国合作开展用椰子油生产生物柴油，将使其成为世界上第一个使用椰油作为动力的国家。此外，印度、澳大利亚、马来西亚等国家也在大力发展生物柴油[20]。
3、研究内容
用NaOH催化甲酯交换法油炸废油制取生物柴油
食用油脂在油炸过程中生成一些比正常植物油分子(甘油三酸酯)极性较大的极性物质．随着油炸时间的增加，油中的极性成分的种类、含量有所增加且其含量与油炸时间呈线性关系[21]。在油的质量得不到保证时，会对人体的健康有极大危害[22]。废弃油脂若不控制会对环境造成危害。油脂的主要成分是甘油三酸脂(Tryglyceride,缩写TG)分子式为下图所示.
酯交换法生产生物柴油，系采用油脂(脂肪酸甘油酯)与醇（甲醇）在催化剂存在或在
超临界条件下进行酯交换反应(又称醇解反应) ，产生脂肪酸甲酯和甘油，其反应原理如下：
CH2─OH
│
+ CH—OH
│
CH2—OH
CH3─OOC—R1

CH3—OOC—R2

CH3—OOC—R3
CH2─OOC—R1
│
CH—OOC—R2
│
CH2—OOC—R3

催化剂

+ 3CH3OH

其中 R1，R2 和 R3 为 C7～C17的烷基或烯烃基.
本文采用NaOH催化甲脂交换法合成生物柴油，基本步骤为：将适量催化剂（CaO）加入到甲醇中，按照一定比例与油炸废油混合均匀，加入到三角瓶中，在一定温度常压条件下反应一定时间，冷却后将混合液倒入分液漏斗中，静置一定时间(10h)后进行分液。上层为粗生物柴油，中层为甘油，下层为部分未反应余液(包括催化剂)。将粗生物柴油进行水洗、干燥，测定甘油含量，从而计算出生物柴油产率。
4 拟采用的技术路线
实验仪器，药品
称量瓶 移液管(25ml)
铁架台 锥形瓶(250ml)
酸式滴定管 碱式滴定管(50ml)
分液漏斗(250ml) 漏斗
烧杯(50ml、100ml、500ml) 药匙
量筒(10ml、100ml) 滴管
容量瓶(100ml、500ml、1000ml) 玻璃棒
圆底烧瓶 FA2004电子天平
球形冷凝管 水浴锅
温度计 软管
气相色谱质谱联用仪（GC-MS-QP5050A）
油炸废油 ，甲醇，氢氧化钾，无水硫酸钠，硫酸，硫代硫酸钠，三氯甲烷，盐酸，可溶性淀粉，高碘酸钾，碘化钾，氧化钙，重铬酸钾，乙醚，酚酞，碳酸钠，邻苯二甲酸氢钠

实验步骤
(1)称取适量的原料油、甲醇、催化剂(CaO)，混合均匀后加入到圆底烧瓶中；
(2)按要求组装好设备，设定反应温度，开始进行合成；
(3)待达到设定温度，开始计时。保持设定温度反应一定时间后，停止加热，进行冷却；
(4)待冷却至接近常温，将混合液转移至分液漏斗，静置一定时间(10h)后进行分液；
(5)所得产物上层为生物柴油原液，下层为粗甘油。将上层生物柴油原液进行水洗、调PH至中性、干燥，则得粗生物柴油，并对其做色谱分析。
(6)用硫代硫酸钠标准溶液分别滴定生物柴油层和甘油层，可计算出各层甘油的百分含量，进而再计算出相应条件下的生物柴油的收率；
(7)先单因素逐个考察，后以生物柴油的收率为指标作正交试验，探索出油炸废油合成生物柴油的最佳反应条件；

工艺流程图

油炸废油
甲 醇
圆底烧瓶
水浴加热
粗甘油
酯 相
分 液
静置分层
催化剂
滴定甘油含量
滴定甘油含量
甘油产率计算
蒸馏 水洗
过滤 干燥
产 品
GC-MS分析

三．参考文献
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四、进度安排
2011.3.30～2011.4.10 查阅文献，制定实验方案，书写开题报告
2011.4.11～2011.4.16 配制反应所需各种溶液，准备实验器材
2011.4.17～2011.4.25 考察不同催化剂下的酯化反应产率，选催化剂
2011.4.26～2011.5.20 但因素考察反应条件
2011.5.21～2011.6.05 撰写并修改毕业论文
2011.6.09～2011.6.11 进行毕业答辩
五、指导教师意见

指导教师签名： 日期： 年 月 日
六、所在系意见

负责人签名（签章）： 日期： 年 月 日
注：此件由学生本人填写，一式二份，院（部）、指导教师各存一份。
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