CN105779105A - 一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法 - Google Patents

一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其步骤如下：一、（1）将咖啡渣和沸水放于咖啡壶中煮，过滤掉液体，将剩下的咖啡渣烘干；（2）将正庚烷溶剂加入咖啡渣中提取咖啡油；（3）将提取液蒸馏回收正庚烷溶剂，并经干燥，即得咖啡油；二、（1）在咖啡油中加入水中温水化；（2）加热，加入碱液，升温，分离出油和皂脚，然后水洗，沉降，分离，干燥；三、（1）向精炼后的咖啡油中加入过量甲醇，在NaOH的催化作用下，油脂与甲醇在常压下进行酯交换反应；（2）反应结束后，常压蒸馏，回收过量的甲醇；（3）过滤回收催化剂，滤液放入梨形分液漏斗中静置分层，上层即生物柴油。利用该方法可以简单、高效的提取生物柴油。

Description

一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法
技术领域
本发明属于生物与化工技术领域，涉及一种从咖啡废渣中提取生物柴油以及剩余油渣再利用的方法。
背景技术
生物柴油一般提炼自动植物油，在拖拉机、卡车、船舶机械设备中应用比较广泛。它是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换或热化学工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，其在物理性质上与石化柴油接近，但化学组成不同。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：酯、醚、醛、酮、酚、有机酸、醇等。复合型生物柴油是以废弃的动植物油、废机油及炼油厂的副产品为原料，再加入催化剂，经专用设备和特殊工艺合成。
随着国家对新能源的支持，生物质能、太阳能、地热能、风能、海洋能和核聚变能等一系列新能源涌现出来走向我们的生活。而其中生物质能表现出来良好的发展态势。生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源，我们可以看到生物质能的宝贵性。
发明内容
为了解决废弃咖啡渣的回收再利用问题，本发明提供了一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，利用该方法可以简单、高效的提取生物柴油。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，包括以下步骤：
一、咖啡油的提取：
（1）准确称量咖啡渣，按照料液比为80~120：1（g/L）的比例将咖啡渣和沸水放于咖啡壶中煮3~8分钟左右，过滤掉液体，将剩下的咖啡渣置于烘干箱中，在65~70℃的温度下烘干20~24小时；
（2）将正庚烷溶剂加入咖啡渣中，控制液料比为1:50~150（kg/g），在室温下搅拌2~3小时后把咖啡渣过滤出来，再次用新鲜的正庚烷溶剂溶解咖啡渣，控制液料比为1:50~150（kg/g），第二次提取咖啡油，萃取2~3小时；
（3）合并提取液，将提取液蒸馏回收正庚烷溶剂，并经干燥，即得咖啡油。
二、咖啡油的精炼：
（1）在咖啡油中加入水，加水量约为油脂的25~30wt%，采用中温水化（温度40~75℃，时间6~8小时），搅拌速度为60~70r/min；
（2）将水化后的咖啡油加热到35~45℃，加入适量碱液（用量根据油的酸价而定），搅拌中徐徐升温到65~75℃，分离出油和皂脚，然后水洗，沉降，分离，干燥。
三、生物柴油的制备：
（1）向精炼后的咖啡油中加入过量甲醇，再加入NaOH溶液作为碱性催化剂，咖啡油与甲醇在60~70℃、常压下进行酯交换反应30~50分钟，其中：醇油摩尔比为4~8:1，NaOH溶液占咖啡油与甲醇混合物体积浓度的1~2%左右；
（2）反应结束后，进行常压蒸馏，回收过量的甲醇；
（3）用布氏漏斗过滤回收催化剂，滤液放入梨形分液漏斗中静置分层，下层为甘油，上层为脂肪酸甲酯，即生物柴油。
四、咖啡渣煤的制备：
（1）收集抽提后剩余的咖啡渣；
（2）将咖啡渣通过压制法用压块机压成棒状颗粒固体燃料。
本发明利用酯化反应从咖啡渣中提取生物柴油，具有如下优点：
1、对于剩余的废渣，可制成燃料可用于替代煤等传统燃料；
2、对咖啡渣的进一步利用真正实现100%的转换；
3、燃烧产生的煤灰也可以制成肥料进一步加以利用；
4、碱炼后生成的脂肪酸钠可用来制肥皂。
附图说明
图1为基于废弃咖啡渣提取生物柴油的工艺流程图；
图2为咖啡渣原料；
图3为精炼后的咖啡油；
图4为制得的生物柴油。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本发明提供了一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，具体内容如下：
一、材料：咖啡渣，正庚烷[高性能液体色谱法(HPLC)-级]，氢氧化钠溶液(32%)，甲醇(99.5%+)。
二、关于咖啡的煮制方法：我们从咖啡店中免费获取了废弃的咖啡渣如图2所示，从中称量出100g咖啡渣和1L沸水放于咖啡壶中煮，煮五分钟左右，过滤掉液体。在70℃的烘干箱内烘干22小时，得到可用来进一步实验的咖啡渣咖啡渣。
三、咖啡油的提取
将1kg正庚烷溶剂加入100g咖啡渣中，在室温下搅拌萃取3小时后把咖啡渣过滤出来，再次用1kg新鲜的正庚烷溶剂溶解咖啡渣，第二次提取咖啡油，萃取3小时。在真空环境里除去混合物中的正庚烷溶剂，并收集咖啡渣。
四、咖啡油的精炼分为两个步骤，即水化：在咖啡油中加入水（约为油脂的25%），采用中温水化（温度60℃，时间8小时），搅拌速度为65r/min；碱炼：将水化后的咖啡油加热到40℃，加入适量碱液（用量根据油的酸价而定），搅拌中缓慢升温到70℃，分离出油和皂脚，然后水洗，沉降，分离，干燥，即可得咖啡精油，如图3所示。五、从咖啡油中制备生物柴油
向咖啡精油中加入过量甲醇（醇油摩尔比为6:1），再加入少量氢氧化钠溶液至浓度为1%左右，用以作碱性催化剂，在65℃、常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯。在反应40分钟后蒸馏回收甲醇，用布氏漏斗过滤回收催化剂，滤液放入梨形分液漏斗中静置分层，得到甘油（下层）与粗制脂肪酸甲酯（上层），最后，取上层液体即生物柴油如图4所示。
六、剩余咖啡残渣的再利用
将剩余咖啡渣用压块机加压压制成块状可以制成类似煤炭的燃料，实验证明其可以燃烧即成为一种新的燃料。
七、生物柴油的检测
1、关于成本的计算：
（1）咖啡渣：免费。由于咖啡渣至今没有很好的得到回收处理所以咖啡店中将其视为和垃圾一样的废物，即可免费获得。
（2）正庚烷：约合13RMB/L。由于正庚烷在实验中充当一个溶剂的作用，所以可以回收再利用。每次提取能回收95%的正庚烷则一次实验中正庚烷的成本记做1RMB/L。
（3）氢氧化钠溶液：0.675RMB/L(5000RMB/t)。作碱性催化剂使用同时也用于碱炼。氢氧化钠溶液也是化工行业中大量运用的材料，制备也不是很复杂，所以为一个成本低廉的催化剂。所以几乎无损失折合到试验中价格可进一步缩减。假设每次损失60%则可记为0.45RMB/L。
（5）甲醇：1.572RMB/L(2000RMB/t)。实验中主要的消耗品。在试验中的酯化反应需要的醇类而参与反应。
实验制得生物柴油报价：5000RMB/t，约合4.5RMB/L。
经计算成本约为3.6RMB/L，报价4.5RMB/L，约有25%的利润。
2、应用前景分析
（1）据有关资料统计2013年全球的咖啡豆产量为8.8kt。咖啡渣约有5~6kt的产量。本方法可从咖啡渣中提取10%含量的油脂，则有500~600t的生物柴油，其中约有三百万的市场等待发掘，利润有约一百万左右。
（2）一定程度上解决了化石燃料的燃眉之急。

Claims (10)

1.一种基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述方法步骤如下：
一、咖啡油的提取：
（1）准确称量咖啡渣，按照料液比为80~120：1（g/L）的比例将咖啡渣和沸水放于咖啡壶中煮3~8分钟，过滤掉液体，将剩下的咖啡渣置于烘干箱中烘干；
（2）将正庚烷溶剂加入咖啡渣中，在室温下搅拌2~3小时后把咖啡渣过滤出来，再次用新鲜的正庚烷溶剂溶解咖啡渣，第二次提取咖啡油，萃取2~3小时；
（3）合并提取液，将提取液蒸馏回收正庚烷溶剂，并经干燥，即得咖啡油；
二、咖啡油的精炼：
（1）在咖啡油中加入水，在搅拌条件下采用中温水化；
（2）将水化后的咖啡油加热到35~45℃，加入碱液，搅拌中升温到65~75℃，分离出油和皂脚，然后水洗，沉降，分离，干燥；
三、生物柴油的制备：
（1）向精炼后的咖啡油中加入过量甲醇，在NaOH的催化作用下，咖啡油与甲醇在常压下进行酯交换反应；
（2）反应结束后，进行常压蒸馏，回收过量的甲醇；
（3）用布氏漏斗过滤回收催化剂，滤液放入梨形分液漏斗中静置分层，下层为甘油，上层为脂肪酸甲酯，即生物柴油。
2.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤一中，咖啡渣和沸水的料液比为80~120：1（g/L）。
3.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤一中，烘干温度为65~70℃，烘干时间为20~24小时。
4.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤一中，正庚烷溶剂与咖啡渣的液料比为1:50~150（kg/g）。
5.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤一中，收集抽提后剩余的咖啡渣，将咖啡渣通过压制法用压块机压成棒状颗粒固体燃料。
6.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤二中，加水量为油脂的25~30wt%。
7.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤二中，搅拌速度为60~70r/min。
8.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤二中，中温水化温度为40~75℃，时间为6~8小时。
9.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤三中，醇油摩尔比为4~8:1，NaOH溶液占咖啡油与甲醇混合物体积浓度的1~2%。
10.根据权利要求1所述的基于废弃咖啡渣提取生物柴油的方法，其特征在于所述步骤三中，酯交换反应温度为60~70℃，时间为30~50分钟。
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