[发明专利]生物质微波辅助定向热解制备生物柴油抗氧化添加剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物柴油抗氧化添加剂的制备方法，尤其涉及一种生 物质微波辅助定向热解制备生物柴油抗氧化添加剂的方法。

背景技术

我国目前经济发展非常迅速，能源需求强劲增长，石油进口依存度已 经接近40％，开发生物柴油等可再生能源是确保我国能源安全的非常紧迫 任务。到2015年，预测我国生物柴油需求量将达到2000万吨。然而与石化 柴油相比，生物柴油中含有大量不饱和脂肪酸甲酯，能更加快速地与氧气 发生反应，产生损害发动机的沉积物。研究证明只有添加抗氧化剂才能满 足生物柴油贮存期要求。

国外已经上市并指明是生物柴油稳定剂的商品如德国Degussa公司的 IONOLBF系列生物柴油稳定剂属于高位阻的酚类晶体物质，可作为菜籽 油、大豆油、葵花籽油或回收油脂等所加工生物柴油的稳定剂。国外抗氧 化剂成本高无须多论。直接添加油脂抗氧化剂成本之高也是生物柴油企业 所难以承受。

借助于技术进步，从生物油中获取廉价的生物柴油的抗氧化添加剂是 可行和必要的。这样做一方面可以为生物油增值利用提供一条新途径，另 一方面也可以解决合成生物柴油的抗氧化剂成本高、环境代价大的问题。 其中的关键是必须了解木质纤维素类生物质热解过程中木质素是如何裂解 产生酚类碎片，以及这些酚类碎片上的苯9单体结构的侧链发生化学变化的 规律，为提高生物油中抗氧化剂有效成分的得率提供理论基础。

就热解方法来说，微波加热具有能效高、反应速度快的特点，是目前 国际上生物质工程研究的热点之一。微波热解产物中液态产物得率可以高 达生物质质量的70wt.％以上，但趋向于分离成为水相和油相两大部分。其 水相部分酸性强，含水率高达60wt.％-70wt.％，主要有机成分为醋酸、糠 醛、甲醇以及大量的含碳量界于2-14之间的高含氧量的脂肪族和芳香族的 酸、醛、酮、醇、酚衍生物，一般认为重点可以放在分离绿色化学品，开 发农业、环保产业用途的竹醋、木醋和草醋；而油相产物中酚类成分多， 其中部分和油脂抗氧化剂结构类似，几乎没有两环以上的PAHs。而常规热 化学热解稻草、稻壳、蔗渣和椰子壳产生的生物油中的稠环烃类除了低分 子量的萘(naphthalene)苊(acenaphthene)外和还有大量的致癌物苯并(α) 芘(benzo(α)pyrene)。微波热解对物料的尺寸大小没有特别要求，在一定 范围内耗电量与木材直径成反比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质微波辅助定向热解制备生物柴油抗 氧化添加剂的方法。是利用含有丰富的木质素的植物纤维素类生物质在微 波辅助条件下，采用无机酸为催化剂、控制裂解的工艺参数获得油溶性好、 抗氧化效果强且价格低廉的与生物柴油抗氧化添加剂。

本发明的目的是这样来实现的，其方法为：将一定量的植物纤维素原 料，特别是木质素含量高的树皮、坚果壳等，经过截断粉碎成为粒径1-10mm 的颗粒，采用无机酸稀溶液浸泡1-24小时后沥干，送入微波热解装置，确 认系统的气密性，控制微波热解温度≤120℃，保持10-30min，收集发生的 醋酸、甲酸和甲醇；控制微波热解温度≤150℃，保持5-15min，收集糠醛和 轻质生物油；控制微波热解温度≤500℃，使裂解发生的还原性不可冷凝气 体组分循环吹扫反应区域、保持5-15min，使反应物中的木素定向性地裂解 成为分子量较小的酚类碎片，所产生的酚类碎片被磺化的离子液体和醇类 的混合介质所吸收并同步实现烷基化。最后采用有机溶剂从离子液体中萃 取出脂溶性强的烷基化酚类组分作为生物柴油抗氧化添加剂。裂解的残余 生物焦碳富含矿物元素、并具有很大的阳离子吸附能力，是良好的有机肥 料添加剂和土壤结构改良剂。所述的微波热解装置，包括微波反应器、微 波参数调节器、光纤温度探测器、磁力搅拌器、冷浴收集器、防回火装置、 氢气压缩机、浓碱吸收器。