美国加利福尼亚Davis大学的Mark Mascal和Edward Nikitin等人于2010年2月17日提出一种方法,可使用碳水化合物与油类植物(大豆、向日葵、麻疯树、亚麻荠、红花和油菜)中的油脂类进行共加工,可生产出混合油脂/纤维素生物柴油,其产品产率大于常规的反酯化法。有关该方法的成果已刊登在美国化学学会杂志《能源与燃料(Energy & Fuels)》上。
Mark Mascal和Edward Nikitin等人前已提出二相酸/溶剂工艺,将生物质原料中的碳水化合物转化成生物燃料前身物CMF。在新的工作中,他们应用油籽原料的加工方法,可大大增加从这类生物质生产燃料。
现在,主要利用植物基油类反酯化来生产生物柴油。油籽也含有不少的碳水化合物分布,它们为淀粉、纤维素(“纤维”)、半纤维素和游离糖类型式。
研究人员此前业已指出,任何形式的己糖(单、双或多糖)都可被转化成5-(氯甲基)糠醛(CMF)和乙酰丙酸,总产率高达95%。该反应的主要产物为CMF。CMF占被分离的有机材料的70%~90%,这取决于反应器的负载,而化合物2(乙酰丙酸)占产品混合物小于10%。
研究人员将大豆、向日葵、麻疯树、亚麻荠、红花和油菜原料加入二相反应器中,反应器中含有水合盐酸和1,2-二氯乙烷,将混合物在80 °C下加热3小时。在80 °C下进行的实验表明,甘油三酸酯结构完好无损。如将温度提高到100 °C则有少量副产物产生。在较高温度下不具有碳水化合物转化成CMF的优点。
研究了从每一种原料产生的碳水化合物转化成CMF的数量,见下表:
|
脂类 |
CMF |
总的有机抽出物 |
CMF占总的有机抽出物% |
大豆 |
257.0 |
67.9 |
324.9 |
20.9% |
向日葵 |
358.7 |
110.2 |
470.7 |
23.5% |
麻疯树 |
392.1 |
78.6 |
470.7 |
16.7% |
亚麻荠 |
374.5 |
102.5 |
477.0 |
21.5% |
红花 |
371.3 |
113.0 |
484.3 |
23.3% |
油菜 |
448.3 |
120.0 |
568.3 |
21.2% |
籽油和CMF的混合物可通过乙醇分解得到乙基乙酰丙酸酯和生物柴油乙酯。如在水中加热籽油-CMF混合物可使CMF水解成为乙酰丙酸,而留下油。乙酰丙酸酯类为短链的含氧化合物,它们可与生物柴油燃料混合,可改善其冷流动性。这一方法表明,通过组合脂类和纤维素基生物质转化技术,具有可变革生物柴油生产的潜力,因而可大大提高从油类植物生产燃料总的产率。