生物柴油穩(wěn)定性研究

生物柴油是指植物油（如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等）、動物油（如魚油、豬油、牛油、羊油等）、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經酯轉化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“綠色能源"，具有環(huán)保性能好、發(fā)動機啟動性能好、燃料性能好，原料來源廣泛、可再生等特性。然而，生物柴油的氧化穩(wěn)定性問題限制了其在實際應用中的廣泛使用。

生物柴油與油脂相似,在存儲過程中,受到空氣、熱、金屬、過氧化物、光和微生物等環(huán)境的影響而發(fā)生氧化、聚合、降解等質變。質變的主要原因是脂肪酸中含有不穩(wěn)定的雙鍵，不穩(wěn)定的雙鍵還可發(fā)生共軛，使之更容易氧化降解產生醛?酮，并最終形成聚合物，使生物柴油無法作為燃料繼續(xù)使用。因此，對生物柴油穩(wěn)定性的研究具有重要意義。

影響生物柴油穩(wěn)定性的因素主要包括儲存條件、化學性質等。儲存條件如溫度、光照、氧氣接觸等都會對生物柴油的穩(wěn)定性產生影響。此外，生物柴油的化學性質，如酸值、碘值、水分含量等，也會對其穩(wěn)定性產生影響。

影響生物柴油穩(wěn)定性的因素有：

1、原料。合成生物柴油的原料有植物油脂?動物油脂以及廢棄油脂，原料的差異主要是油脂中的脂肪酸組成、酸價 (主要來源于游離脂肪酸)、天然的抗氧化成分 (如生育酚?類胡蘿卜素等)等。它們的存在,不但影響其酯化反應速率、催化劑選擇、生物柴油的質量等外,還嚴重地影響生物柴油的穩(wěn)定性。

2、溫度、空氣和水分。溫度是影響生物柴油降解的主要因素之一?D.Y.C.Leung研究了在4℃?20℃?40℃不同溫度下，生物柴油的儲藏穩(wěn)定性，通過脂肪酸甲酯的含量和酸價的變化來評價生物柴油的降解程度，發(fā)現(xiàn)在4℃下儲藏的生物柴油降解性最-低,40℃時其降解程度最高。這可能是由于在高溫下生物柴油發(fā)生了高度氧化所致。

    此外，生物柴油的化學性質，如酸值、碘值、水分含量等，也會對其穩(wěn)定性產生影響。

    低場核磁共振法基于對氫質子信號的優(yōu)秀捕捉能力，可以借助宏觀弛豫譜圖表征含氫分子的微觀運動特征，從而對樣品內部不同含氫組分進行定量定性的分析，具有綠色無污染、無損可重復、快速高精度、簡便易操作等優(yōu)點，在生產制備或混合油品中生物柴油的含量檢測、生物柴油氧化穩(wěn)定性分析、抗氧化劑對生物柴油的穩(wěn)定性提高等方面有深入的應用。

圖1：樣品A（純十八烷酸甲酯）、B（十八碳三烯酸甲酯18:3）、C（亞麻籽生物柴油）在不同加熱時間下的核磁T2分布

圖二 (A)亞麻籽生物柴油加熱96h后的核磁T2分布、(B) 溶解于烷類溶液的上清部分、(C) 不溶解烷類溶液的沉淀部分

根據(jù)兩幅圖中的低場核磁對生物柴油的測試弛豫分布，有如下結論：

1. 在圖一中0時刻，所有三個樣品A、B、C都表現(xiàn)出非常相似的T2分布，樣品表現(xiàn)出一定的一致性，差不多均由三個峰值組成。

2.    由圖一可知氧化加熱時間變長對不同樣品的影響是有明顯差異的。A樣品的T2分布保持不變；B、C樣品的T2分布有明顯的變化，均在較低的T2值出現(xiàn)了新的峰值。這是因為B、C樣品含有相當多的FAMEs（脂肪酸甲基酯），因此在24小時及更長時間的加熱下，T2分布顯示出明顯的變化，驗證了生物柴油發(fā)生氧化時的不穩(wěn)定性。同時短T2分布的增加，也可以和氧化后樣品黏度的增加相對應（黏度由黏度計獲得），短T2組分占比越多，樣品氧化越嚴重，黏度越高。

3.    根據(jù)圖二，通過低場核磁技術表征了生物柴油在氧化后的氧化沉淀產物以及可溶解產物的組分分布，為氧化進展提供直接證據(jù)。

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