生物基润滑油合成工艺及性能研究
传统润滑油主要是通过石油炼制得到矿物基油，矿物基础油生产过程中具有高能耗、高污染、生物降解性差等特点，生命周期中对水资源和土地资源有严重的污染。生物基润滑油具有良好的生物降解性，优良的润滑性能，解决了矿物基润滑油环境相容性差以及依赖石油资源的不足，被认为是一种有广阔前途的绿色润滑油。 目前大部分生物基润滑油生产成本高昂，造成这种状况的原因在于生产采用价格较高的大宗可食用植物油为原料。另一方面，传统化学改性过程会产生大量废污排放以及较高的能耗。因此生产原料和改性方法成为制约生物基润滑油发展的关键因素。寻找新的廉价生物质作为生物基润滑油的生产原料和开发绿色催化改性工艺成为生物基润滑油发展亟待解决的问题。 本论文开发了酶催化改性酵母油脂合成多元醇酯类生物润滑油的工艺。通过培养粘红酵母生产油脂，酶作为催化剂催化合成生物基润滑油;对反应过程中温度、底物配比、酶量，三个关键因素分别行了单因素优化，最终目标产物产率达到89.5％;采用Design-Expert12软件进行Box-benhnken中心组实验设计，构建得到了变量T（温度）、E（酶添加量）、R（底物比例）对响应值Y（三酯得率）的影响模型。所构建模型通过了方差分析和P检验，模型具有高的准确度。通过响应面分析，模型预测得到最佳反应参数为:T=45.106℃、R=3.310、E=10.654％，预测响应值Y为92.55％。通过重复实验验证在指导参数条件下，产率Y为91.53％，表明建立的模型准确可信。 以三级棉籽油和煎炸废油为原料设计了4条工艺路线，对工艺进行了优化以及综合能耗、排污对比评价。化学法催化三级棉籽油的反应最优条件为:油水比为2.5，水醇比为1，碱量为皂化值过量10％，300r/min锚型搅拌桨搅拌，40℃条件下，反应0.5小时，最终水解率为98.9％。酶法催化煎炸的反应过程最优条件为:pH为7.5，油水比为1，酶量为油脂量的10％，400r/min锚型搅拌桨搅拌，40℃反应24小时，最终水解率为86.6％。对工艺进行了10倍放大，实验数据与小试无显著差别，放大效果良好。对工艺对比评价分析得到各工艺的综合能耗和排污数据。酯化工段，酶催化较化学酯化具有较大优势，能耗较化学法能耗降低了36.4％，在污染排放上实现了零污染废水排放。横向对比四个工艺路线，化学与生物结合法实现了效率和能耗的平衡，具有较低的能耗和排污具有工业化生产应用的潜能。对制备得到的四种产品与同粘度等级的矿物基基础油进行了系统性对比评价。结果表明:四种产品均达到ISO-VG46标准，与相同粘度等级的矿物基润滑油相比在润滑性能上具有明显的优势，复合调配结果表明本研究合成的产品可以作为一种很好的生物基绿色液压油基础油。
生物基润滑油;合成工艺;参数优化;润滑性能
北京化工大学
硕士
生物工程
张栩;张萍
2021
中文
TB322
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）