全 文 ：胡文杰 ,司志国 ,曹裕松 ,等.东京野茉莉油制备生物柴油的工艺条件研究 [ J] .江苏农业科学 , 2011, 39(2):380-382.
东京野茉莉油制备生物柴油的工艺条件研究
胡文杰 1 , 司志国 2 , 曹裕松 1 , 廖信军 1 , 龙婉婉 1
(1.井冈山大学生命科学学院 ,江西吉安 343009;2.河南职业技术学院 ,河南郑州 450046)
　　摘要:研究了以东京野茉莉油制备生物柴油的工艺。试验结果表明:通过 L16(45)正交试验确定东京野茉莉油酯
交换反应的最佳工艺条件为:反应温度 65 ℃,催化剂用量 1.0%(质量分数), 醇油量的比 8∶1, 反应时间 60 min,搅拌
速率 700 r/min。在此条件下的生物柴油转化率为 97.94%。对制备的生物柴油性能进行了检测 , 与我国 0#柴油性能
接近 , 是一种比较理想的 0号柴油的替代品。
　　关键词:东京野茉莉;生物柴油;酯交换反应;工艺条件
　　中图分类号:TK63　　文献标志码:A　　文章编号:1002-1302(2011)02-0380-03
收稿日期:2010-11-22
基金项目:井冈山大学自然科学基金(编号:JZ0820);江西省吉安市
科技局指导性项目。
作者简介:胡文杰(1974—),男 ,江西吉安人 ,博士研究生 ,讲师 ,从事
植物资源开发利用教学与研究。 E-mei:huwenjie2008@ 126.com。
　　能源危机和环境污染已成为当今世界面临的两大严重问
题 [ 1] ,因此 ,世界各国都致力于研究开发生物质能源来替代
或减缓不可再生能源的消耗 ,并力图减轻对环境造成的污染 。
生物柴油是一种优质的石化柴油替代品 ,其优良的环保性及
可再生性等优点凸显 ,使发展生物柴油成为世界各国科学研
究的热点领域 。近年来 ,世界各国特别是欧盟各国政府都在
大力推进生物柴油产业的发展 [ 2-7] ,我国也在积极开展生物
柴油的研制 [8 -9] 。我国植物资源种类丰富多样 ,尤其是野生
木本植物种类多 、繁殖快 ,可以大面积种植 ,因此 ,寻找和合理
开发一些野生植物油作为发展生物柴油的原料乃是一个重要
方向 [ 10 ] 。
东京野茉莉 (Styraxtonkinensis)隶属安息香科 (野茉莉
科)安息香属 。其别名众多 ,如越南安息香 、滇桂安息香 、白
花树等 ,主要分布于云南 、贵州 、广东 、广西 、江西 、湖南 、福建
等地 。东京野茉莉生长于海拔 100 ～ 1 000 m的低山丘陵区 ,
喜欢温暖湿润 、疏松肥沃的土壤 ,较耐贫瘠和干旱 [ 11 ] 。东京
野茉莉是一种多年生木本油料植物 ,用途十分广泛 ,尤其是作
为一种重要的能源植物已受到广泛关注 ,它的种子可以直接
食用 ,也可以榨油 ,含油率高达 70%。其油脂中脂肪酸组成
主要有 4种 ,即油酸、亚油酸 、棕榈酸和花生酸 ,其中不饱和脂
肪酸达 85.4%,比花生油高 ,具有较高营养价值 [12] 。本试验
以东京野茉莉种子为原料 , 通过提取东京野茉莉油来研究其
制备生物柴油的工艺条件 ,并对所制备的生物柴油的主要性
能指标进行了测定分析 ,以期为东京野茉莉油的深度开发利
用奠定基础 。
1　材料与方法
1.1　材料
东京野茉莉种子采集于江西省吉安市;东京野茉莉油自
制;甲醇 、氢氧化钾 、石油醚等所用试剂均为分析纯 。
1.2　主要仪器
GC2010型气相色谱仪 ,日本岛津公司;85-2恒温磁力
搅拌器 ,江苏省金坛市衡丰仪器厂;RE52-99旋转蒸发器 ,上
海亚荣生化仪器厂;LG50理化干燥箱 ,上海跃进医疗器械厂 。
1.3　试验方法
1.3.1　东京野茉莉油的提取 [ 12] 　称取一定量的东京野茉莉
种子 ,放入 100℃的烘箱内烘烤约 2 h,去壳得果仁 。取适量
的种子果仁粉碎后转入圆底烧瓶 ,加入一定量的石油醚(按
果仁 ∶石油醚 =1 g∶3 mL的比例加入), 70 ℃水浴加热 ,回
流浸提 2 h,浸提液滤出 。滤渣重新转入圆底烧瓶 ,加入一定
量的石油醚(按果仁 ∶石油醚 =1 g∶2 mL的比例加入 ),于
70℃水浴回流浸提 1.5 h,将浸提液滤出 。滤渣重新转入圆
底烧瓶 ,再加入一定量的石油醚(按果仁 ∶石油醚 =1 g∶
2 mL的比例加入),于 70 ℃水浴回流浸提 1 h,过滤得滤液 ,
合并3次滤液 ,滤液先常压再减压蒸馏脱除溶剂 ,得浅黄色茉
莉油 ,其酸值(以 KOH计)低于 1.5 mg/g,可以直接进行酯化
反应制备生物柴油 。
1.3.2　生物柴油的制备　在装有回流装置的 250 mL三口烧
瓶中进行酯交换反应 ,将催化剂 KOH溶于甲醇中 ,加入到已
经预热到反应温度的原料油中 ,反应溶液在烧瓶中混合均匀
并盖上瓶塞 ,置于恒温磁力搅拌器上反应一定时间 。反应结
束后 ,蒸馏出多余甲醇 ,然后将滤液倒入分液漏斗中静置分
层 ,取上层溶液经反复洗涤干燥后 ,得到浅黄色澄清透明产品
即为生物柴油 。
1.3.3　生物柴油脂肪酸甲酯测定 　采用气相色谱仪测定甲
酯含量 。色谱仪配备 GCSolution工作站 、氢火焰离子化检测
器和 HP25毛细管柱(0.53mm×15m)。分析条件:气化室温
度 , 250 ℃;检测室温度 , 280 ℃;起始柱温 , 180 ℃, 保持
1 min,以 0.8 ℃/min的速率升到 186 ℃,保持 1 min,然后以
20 ℃/min的 速率升 到 280 ℃;载气为 氮气 , 流 速为
12.5mL/min;分流比为 1 ∶25;进样量 , 1μL。采用面积归一
化法分析产品中脂肪酸甲酯含量并计算酯交换率 。
1.3.4　生物柴油主要性能指标测定　密度和运动黏度的测
定参照 GB/T265— 1988《石油产品运动黏度测定法和动力黏
度计算法》;闪点的测定参照 GB/T261—1983《石油产品闪点
测定法(闭口杯法)》;馏程的测定参照 GB255—1977《石油
—380— 江苏农业科学　2011年第 39卷第 2期
DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2011.02.021
产品馏程测定法 》;灰分的测定参照 GB508— 1985《石油产品
灰分测定法 》。
1.3.5　生物柴油制备工艺的单因素试验设计 　试验设计因
素和水平见表 1。
表 1　生物柴油制备工艺的单因素试验因素和水平
单因素
水平
反应
温度
(℃)
催化剂
用量
(%)
醇油量
的比
反应
时间
(min)
搅拌
速率
(r/min)
1 50 0.6 4∶1 30 400
2 55 0.8 5∶1 40 500
3 60 1.0 6∶1 50 600
4 65 1.2 7∶1 60 700
5 70 1.4 8∶1 70 800
1.3.6　生物柴油制备工艺的正交试验设计 　正交试验因素
和水平见表 2。
表 2　生物柴油制备工艺的 L16(45)正交试验因素和水平
试验
水平
试验因素
A:反应
温度
(℃)
B:催化
剂用量
(%)
C:醇油
量的比
D:反应
时间
(min)
E:搅拌
速率
(r/min)
1 55 0.6 5∶1 50 400
2 60 0.8 6∶1 60 500
3 65 1.0 7∶1 70 600
4 70 1.2 8∶1 80 700
2　结果与分析
2.1　反应温度对生物柴油转化率的影响
在醇油量的比 6 ∶1、反应时间 60 min、催化剂的用量
1.0%(质量分数)、搅拌速度 600 r/min的条件下 ,试验不同
反应温度对生物柴油转化率的影响(图 1)。
由图 1可知 ,生物柴油甲酯转化率随着反应温度的升高
而加快 ,当反应温度达到 65℃时 ,转化率达到最大 ,当反应温
度超过 65℃以后 ,转化率有所下降 。这是因为甲醇沸点比较
低 ,当反应温度超过甲醇沸点时 ,反应体系中的甲醇挥发至气
相 ,导致液相中甲醇浓度低而使转化率下降 。因此 ,本试验选
取反应温度 65℃为宜 。
2.2　催化剂用量对生物柴油转化率的影响
在醇油量的比 6∶1、反应时间 60min、反应温度 65℃、搅
拌速度 600 r/min的条件下 ,研究不同的催化剂用量对生物
柴油转化率的影响(图 2)。
　　由图 2可知 ,随着催化剂用量的增加 ,生物柴油转化率逐
渐增大 ,当催化剂用量达到 1.0%(质量分数)时 ,转化率达到
最大 ,继续增加催化剂用量 ,转化率却呈降低趋势 。这是因
为太多的催化剂用量会发生皂化现象 ,进而导致转化率降低 ,
因此 ,本试验选取催化剂用量 1.0%为宜 。
2.3　醇油量的比对生物柴油转化率的影响
在反应时间 60 min、催化剂用量 1.0%、反应温度 65℃、
搅拌速度 600 r/min的条件下 ,研究不同的醇油量的比对生
物柴油转化率的影响(图 3)。
　　由图 3可知 ,随着醇油量的比增大 ,生物柴油转化率逐渐
增大 ,当醇油量的比达到 6 ∶1时 ,转化率达 97.06%,继续增
加醇油量的比 ,转化率增大不显著 。这是因为增加甲醇有利
于反应向正反应方向进行 ,但继续增加醇油比 ,会导致甲醇分
离困难 。从效率和成本综合考虑 ,本试验选取醇油量的比
6 ∶1为宜。
2.4　反应时间对生物柴油转化率的影响
在醇油量的比 6 ∶1、催化剂用量 1.0%、反应温度 65 ℃、
搅拌速度 600 r/min的条件下 ,研究不同反应时间对生物柴
油转化率的影响(图 4)。
由图 4可知 ,生物柴油转化率随着反应时间的延长而逐
渐提高 ,当反应时间达到 60 min时 ,转化率为 95.62%,继续
延长反应时间 ,转化率有降低趋势 。这是因为当反应时间超
过 60 min后 ,反应已达到平衡 ,延长反应时间不能促进反应
朝正反应方向进行 ,反而会使脂肪酸甲酯浓度增大 ,导致反应
朝副反应进行 ,从而导致转化率降低 。因此 ,本试验选取反应
时间 60min为宜 。
2.5　搅拌速率对生物柴油转化率的影响
在醇油量的比 6 ∶1、催化剂用量 1.0%、反应温度 65 ℃、
反应时间 60min的条件下 ,研究不同的搅拌速率对生物柴油
转化率的影响(图 5)。
由图 5可知 ,随着搅拌速率的增大 ,生物柴油转化率逐渐
增大 ,当搅拌速率为 700 r/min时 , 转化率达到最大 , 为
96.70%,继续增大搅拌速率 ,转化率增加不明显 。从经济成
本考虑 ,本试验选取搅拌速率 700 r/min为宜。
—381—胡文杰等:东京野茉莉油制备生物柴油的工艺条件研究
2.6　东京野茉莉油制备生物柴油的正交试验结果
由表 3试验结果可知 ,反应温度 、催化剂用量 、醇油量的
比 、反应时间 、搅拌速率 5因素转化率极差分别为 2.03、
4.27、3.44、3.32、5.06百分点 。因此 ,在所选定的试验范围
内 ,对甲酯反应的影响依次为:E>B>C>D>A,最佳组合为
A3B3C4D2E4 ,即反应温度为 65 ℃、催化剂用量为 1.0%、醇油
量的比为 8 ∶1、反应时间为 60 min、搅拌速率为 700 r/min。
但该条件未体现在试验表中 ,经验证 ,此条件下的生物柴油转
化率为 97.94%。
表 3　东京野茉莉油制备生物柴油的正交试验结果
试验号
A:反应
温度
(℃)
B:催化
剂用量
(%)
C:醇油
量的比
D:反应
时间
(min)
E:搅拌
速率
(r/min)
转化率
(%)
1 1 1 1 1 1 83.12
2 1 2 2 2 2 94.40
3 1 3 3 3 3 95.54
4 1 4 4 4 4 97.82
5 2 1 2 3 4 91.17
6 2 2 1 4 3 90.94
7 2 3 4 1 2 92.57
8 2 4 3 2 1 92.32
9 3 1 3 4 2 92.58
10 3 2 4 3 1 91.16
11 3 3 1 2 4 96.82
12 3 4 2 1 3 94.56
13 4 1 4 2 3 92.86
14 4 2 3 1 4 92.85
15 4 3 2 4 1 91.85
16 4 4 1 3 2 89.76
k1 92.72 89.93 90.16 90.78 89.61
k2 91.75 92.34 93.00 94.10 92.33
k3 93.78 94.20 93.32 91.91 93.48
k4 91.83 93.62 93.60 93.30 94.67
R 2.03 4.27 3.44 3.32 5.06
最优水平 A3 B3 C4 D2 E4
2.7　生物柴油主要性能指标
由表 4可知 ,通过对东京野茉莉油制备的生物柴油主要
性能指标分析 ,认定所制备的生物柴油性能基本符合我国 0
号柴油的标准 ,是一种理想的 0号柴油的替代品 。
表 4　生物柴油与 0号柴油主要性能指标比较
柴油
种类
运动黏度
(40℃)
(mm2 /s)
密度
(g/mL)
闪点
(℃)
馏程
(℃)
灰分
(%)
生物柴油 3.9 0.87 150 352 无
0号柴油 3.0 0.85 65 370 0.02
3　结论
利用东京野茉莉种子提取的茉莉油制备生物柴油的最佳
工艺条件为:反应温度 65℃、催化剂用量 1.0%(质量分数)、
醇油量的比 8 ∶1、反应时间 60 min、搅拌速率 700 r/min。在
此条件下的生物柴油转化率为 97.94%。
影响甲酯交换反应的各因素的大小顺序为:搅拌速率 >
催化剂用量 >醇油量的比 >反应时间 >反应温度 。
本试验制备的生物柴油性能接近我国 0号柴油的标准 ,
为进一步工业化研究提供了可行性依据 。
参考文献:
[ 1]黄忠水 ,纪　威 ,李淑艳, 等.国外生物柴油的应用 [ J] .节能与
环保 , 2003(1):38-41.
[ 2] KrawczykT.Biodiesel-alternativefuelmakesinroadsbuthurdlesre-
main[ J] .Inform, 1996, 7:801-829.
[ 3] CvengrosJ, CvengrosovaZ.Qualitycontrolofrapeseedoilmethyl
estersbydeterminationofacylconversion[ J] .JamOilChemSoc,
1994, 71:1349-1352.
[ 4] BoocockDGB, KonarSK, MaoV, etal.Fastformationofhigh-pu-
ritymethylestersfromvegetableoils[ J] .JamOilChemSoc, 1998,
75:1167-1172.
[ 5] MartiniSJ.Plantoilsasfuels:presentstateofscienceandfuturede-
velopment[ M] .NewYork:Springer-Verlag, 1998:1-12.
[ 6] KusidianaD, SakaS.Efectofwateronbiodieseifuelproductionby
supercriticalmethanoltreatment[ J] .BioresourceTechnol, 2004, 9:
289-295.
[ 7] AyhanD.Biodieselfuelsfromvegetableoilviacatalyticandnon-
catalyticsupercriticalalcoholtransesterificationsandothermethods
asurvey[ J] .EnergyConversionandManagement, 2003, 44:2093-
2109.
[ 8]李奕怀 ,吴富军 ,顾　超 ,等.有机共溶剂中向日葵油制备生物柴
油的研究 [ J].江苏农业科学 , 2010(4):269-271.
[ 9]凌　申.江苏沿海生物柴油开发利用条件与对策 [ J] .江苏农业
科学 , 2010(3):8-10.
[ 10]李昌珠 ,蒋丽娟 ,李培旺 ,等.野生木本植物油———光皮树油制
取生物柴油的研究 [ J].生物加工过程 , 2005, 3(1):42-44.
[ 11]中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志 [ M].北京:
科学出版社 , 1987, 60(2):84-86.
[ 12]肖复明 ,曾志光 ,杨　桦 , 等.东京野茉莉种子油营养成分研究
[ J] .天然产物研究与开发 , 2005, 17(3):344-345, 348.
[ 13]刘光斌 ,黄长干 ,刘苑秋 , 等.东京野茉莉油的提取及其制备生
物柴油的初步研究 [ J] .江西农业大学学报 , 2007, 29(4):685-
689.
—382— 江苏农业科学　2011年第 39卷第 2期