CN106318498A - 一种生物柴油乳化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物柴油乳化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种生物柴油乳化剂及其制备方法和应用，采用本发明制备的微乳化生物柴油具有高含水量、低粘度、强挥发性、稳定的优点。

Description

一种生物柴油乳化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物柴油领域，具体涉及一种生物柴油乳化剂。
背景技术
生物柴油是一种可再生且安全性高的新型燃料，它是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料。生物柴油能以任意比与石化柴油混合，是优质的石油柴油代用品。
但是生物柴油也有其缺点，如生物柴油粘度较高、挥发性较差，NOx排放量也较高且热值低。而微乳化生物柴油能够有效降低生物柴油的粘度，改善雾化性能，降低NOx和碳烟排放。
微乳化生物柴油是由生物柴油、乳化剂（表面活性剂）和水自发形成的热力学稳定***。寻找合适的乳化剂（表面活性剂）是配制稳定的微乳化生物柴油的关键，此外，恰当的油、水和乳化剂（表面活性剂）比例也是影响微乳化生物柴油性能的关键因素之一。
目前微乳化生物柴油技术研究取得了一些成果，但仍旧存在着一定的缺陷。例如：孙平等（CN10140773，一种环保型微乳化生物柴油及其配制方法）报道了一种由辛基酚聚氧乙烯醚OP-4和OP-7复配的生物柴油-水微乳液；伍林等（CN101250431，一种生物柴油乳化剂及其制备方法）研究了一种由SPAN80和TWEEN80混合后用油酸溶解成的乳化剂，和水、生物柴油、乙醇胺及助溶剂混合配制而成；高永建等（CN10134874，一种生物柴油乳化剂及其配制方法）发现了一种生物柴油乳化剂的制备方法，该方法配制的生物柴油是由矿物柴油、动物油脂、甲醇、环烷酸、OP 乳化剂、十二烷基磺酸钠、三乙醇胺等组成。
这些配方虽然都能够得到微乳化生物柴油，但是均存在乳化剂用量过多、挥发性能差或配方过于复杂等问题。中国专利 CN102382713 A 提供的微乳化柴油能够明显降低乳化剂用量，但其微乳化柴油仍具有熵高不稳定、粘度高、挥发度低等问题。目前，国际油价格一路飙升，石油资源愈显紧张，因此，研究性能良好的微乳化生物柴油不仅可以降低成本，而且可以节约能源和环保，是一项非常重要且迫在眉睫的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种生物柴油乳化剂，其制备的微乳化柴油具有高含水量、低粘度、强挥发性、稳定的特点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种生物柴油乳化剂，其配方由如下各组分组成：按重量计包括25%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、13%的十八烷基三甲基氯化铵、11%的亚磷酸二甲酯、16%的乙酰化羊毛脂以及35%的山梨醇。
脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3为现有技术，能够在生物柴油中形成油包水的乳化粒子。但对于高含水量的生物柴油，其油包水的乳化粒子必然具有更大的粒径，稳定性差而容易溃缩，最终油水分离。尤其是生物柴油在燃烧时，高温导致微乳化柴油的油-水乳化体系熵值升高而混乱度上升，最终微乳化体系崩溃。当应用在内燃机中，油水分离将损伤内燃机的结构，甚至导致内燃机突发的熄灭。本发明的乳化剂，十八烷基三甲基氯化铵化学稳定性好，耐热、耐光、耐压、耐强碱强酸。具有优良的渗透、柔化、抗静电及杀菌性能。能与多种表面活性剂或助剂良好的配伍，协同效应显著,常用于沥青的乳化。十八烷基三甲基氯化铵能够特异性地降低水的表面活化能，以促进水滴的聚集而不影响生物柴油的表面活性，使生物柴油包裹在水滴的表面形成微乳化颗粒。亚磷酸二甲酯和乙酰化羊毛脂配合，能够增强微乳化颗粒的稳定性，尤其是乙酰化羊毛脂可以催化微乳化颗粒中水在高温下分解为一氧化碳等助燃物质，避免水分过高而降低内燃机中微乳化生物柴油的温度降低而无法达到燃点，造成燃烧不充分。山梨醇则能够在高温高压的燃烧环境下限制微乳化生物柴油体系的熵增，维持体系的稳定性，防止油水分离。本发明原料的生物柴油可选用任一种现有技术获得。
所述乳化剂其制备方法为将所述山梨醇加热至100℃，加入所述脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3和十八烷基三甲基氯化铵、乙酰化羊毛脂，在密封的容器内0.4～0.7MPa的压力下加热至150℃，并保持20～40min；释放容器压力并使温度降至50℃，加入丁烯二酸二甲酯，保持60min获得所述乳化剂。
所述密封容器可选用任一种耐高压设备实现。高温和高压有助于活化AE0-3、十八烷基三甲基氯化铵、乙酰化羊毛脂，而且必须将三者同时采用高温和高压处理。
本发明还特别提供一种生物柴油乳化剂制备微乳化生物柴油的应用，包括如下工序：按重量计生物柴油62～80份、乳化剂3～6份、水35～60份，在标况下，向生物柴油中依次加入所述乳化剂、水，每分钟向其通入10L/千克水的空气，同时向其施加波长200～275nm的紫外光，处理140～200min后获得所述微乳化生物柴油。
紫外光照射可以提高乳化剂的活性，降低生物柴油和水发生乳化的活化能，使之形成的微乳化生物柴油更加均匀而不发生分层。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述 ：
实施例1
本实施例提供一种生物柴油乳化剂，其配方由如下各组分组成：按重量计生物柴油72份、乳化剂5份、水52份；所述乳化剂按重量计包括25%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、13%的十八烷基三甲基氯化铵、11%的亚磷酸二甲酯、16%的乙酰化羊毛脂以及35%的山梨醇。
所述乳化剂其制备方法为将所述山梨醇加热至 100℃，加入所述脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO-3 和十八烷基三甲基氯化铵、乙酰化羊毛脂，在密封的容器内 0.5MPa 的压力下加热至 150℃，并保持 35min；释放容器压力并使温度降至 50℃，加入丁烯二酸二甲酯，保持60min 获得所述乳化剂。
一种生物柴油乳化剂制备微乳化生物柴油的应用，包括如下工序：在标况（温度为0℃和压强为 101.325 千帕）下，向生物柴油中依次加入所述乳化剂、水，每分钟向其通入10L/ 千克水的空气，同时向其施加波长 200 ～ 275nm 连续波长的紫外光（30W 市售紫外LED 产生，距离 5cm），处理 200min 后获得所述微乳化生物柴油。
实施例2
本实施例提供一种生物柴油乳化剂，其配方由如下各组分组成：按重量计生物柴油80份、乳化剂3份、水60份 ；所述乳化剂按重量计包括25%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、13%的十八烷基三甲基氯化铵、11%的亚磷酸二甲酯、16%的乙酰化羊毛脂以及35%的山梨醇。
所述乳化剂其制备方法为将所述山梨醇加热至 100℃，加入所述脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO-3 和十八烷基三甲基氯化铵、乙酰化羊毛脂，在密封的容器内 0.7MPa 的压力下加热至 150℃，并保持 30min；释放容器压力并使温度降至 50℃，加入丁烯二酸二甲酯，保持60min 获得所述乳化剂。
本实施例制备的微乳化柴油为将各种原料加入机械搅拌机中搅拌至均匀制得。
实施例3
本实施例提供一种生物柴油乳化剂，其配方由如下各组分组成：按重量计生物柴油62份、乳化剂6份、水35份；所述乳化剂按重量计包括25%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、13%的十八烷基三甲基氯化铵、11%的亚磷酸二甲酯、16%的乙酰化羊毛脂以及35%的山梨醇。
所述乳化剂其制备方法为将所述山梨醇加热至 100℃，加入所述脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO-3 和十八烷基三甲基氯化铵、乙酰化羊毛脂，在密封的容器内 0.6MPa 的压力下加热至 150℃，并保持 40min ；释放容器压力并使温度降至 50℃，加入丁烯二酸二甲酯，保持60min 获得所述乳化剂。
本实施例微乳化生物柴油的制备方法与实施例1一致。
对比例1
本对比例提供一种微乳化生物柴油。该微乳化生物柴油由申请号为200810047153.6中国专利所提供。含水量25wt%。
对比例2
本对比例提供一种微乳化生物柴油，其配方由如下各组分组成：按重量计生物柴油72份、乳化剂5份、水52份；所述乳化剂按重量计包括29%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、15%的亚磷酸二甲酯、18%的乙酰化羊毛脂以及38%的山梨醇。
对比例3
本对比例提供一种微乳化生物柴油，其配方由如下各组分组成：按重量计生物柴油72份、乳化剂5份、水52份；所述乳化剂按重量计包括28%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、15%的十八烷基三甲基氯化铵、20%的乙酰化羊毛脂以及37%的山梨醇。
对比例4
本对比例提供一种微乳化生物柴油，其配方由如下各组分组成 ：按重量计生物柴油72份、乳化剂5份、水52份；所述乳化剂按重量计包括38%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、19%的十八烷基三甲基氯化铵、19%的亚磷酸二甲酯、24%的乙酰化羊毛脂。
乳化效果及体系稳定性测试。
将对比例和对比例所提供的生物柴油，个组分别装满 4 个 1000mL 的量杯中，分别进行下述处理 ：观察其底部分出的水的体积 v1，同时记录其体积减少量。将量杯置于30℃的遮光环境中，记录 50 日后量杯底部分理出的水的体积 v2。将量杯内的微乳化柴油加热至 50℃，记录 5 日后量杯底部分离出的水的体积 v3。将量杯内的微乳化柴油加热至80℃，记录 5 小时候量杯底部分离出水的体积 v4。其结果如表 1 所示。
表1。
酸值测试。
分别采用氢氧化钾为标准测试各组生物柴油的酸值。其结果如表 2 所示。
表2。
挥发度测试。
将实施例1—3的微乳化柴油吸取 5ml，滴加在半径为 3cm 的蒸发皿中，在60℃、相对湿度为 50%、一个标准大气压下静置。微乳化柴油完全挥发所需要的时间分别为380秒、421 秒、411 秒。
运动粘度、闪点测试。
采用 GB/T265-1988 和 GB/T261-2008 测试实施例1—3的40℃时的运动粘度、闪点。其结果如表 3。
表3。

Claims (3)

1.一种生物柴油乳化剂，其特征在于，其配方由如下各组分组成：
按重量计包括25%脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3、13%的十八烷基三甲基氯化铵、11%的亚磷酸二甲酯、16%的乙酰化羊毛脂以及35%的山梨醇。
2.一种生物柴油乳化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，为将所述山梨醇加热至100℃，加入所述脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3和十八烷基三甲基氯化铵、乙酰化羊毛脂，在密封的容器内0.4～0.7MPa的压力下加热至150℃，并保持20～40min；
步骤2，释放容器压力并使温度降至 50℃，加入亚磷酸二甲酯，保持60min获得所述乳化剂。
3.一种生物柴油乳化剂制备微乳化生物柴油的应用，其特征在于，该应用包括如下工序：
按重量计生物柴油62～80份、乳化剂3～6份、水35～60份，在标况下，向生物柴油中依次加入所述乳化剂、水，每分钟向其通入10L/千克水的空气，同时向其施加波长200 ～275nm的紫外光，处理140 ～ 200min后获得所述微乳化生物柴油。
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