CN111471528A - 一种以动物废弃物为原料同时制备生物柴油和动物饲料的原位转化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以动物废弃物为原料同时制备生物柴油和动物饲料的原位转化方法，其使用的动物废弃物不需经过油脂提取和精炼纯化等前处理，即可同时制备生物柴油和动物饲料。具体为：先将清洗后的动物废弃物干燥，然后匀浆或粉碎，再加入助溶剂和硫酸‑甲醇溶液，然后进行原位转酯化反应；完成后静置，将获得的下层相进行过滤，得到的废渣经过清洗、干燥等处理后制得动物饲料；对上层相进行水洗，除去杂质后再经浓缩、干燥等处理即可得生物柴油。本发明不仅可以节约传统生物柴油制备过程中的提油和精炼等成本，制备较高纯度的生物柴油，还可同时生产具有较高粗蛋白含量的动物饲料副产品，为动物源生物柴油的生产开发和成本控制提供了新思路、新技术。
Description
技术领域
本发明属于生物能源、饲料加工技术领域，具体涉及一种以动物废弃物为原料同时制备生物柴油和动物饲料的原位转化方法。
背景技术
动物脂肪是国际动物产品市场产生的主要废弃物之一。2016年，中国食用后的动物脂肪废弃物至少600万吨。这些动物组织废弃物大部分都被丢弃而加大了环境治理的难度，仅有少部分被加工成为低价值动物饲料。一种经济、环保的回收措施是将这些废弃的动物脂肪加工成生物柴油，取代可食用油原料（如大豆油），从而保障食品安全。
转酯化反应是生物柴油生产过程中应用最广的方法之一，分为传统和原位转酯化法。传统方法使用的油脂原料必须经过前处理，步骤包括油脂提取和精炼（脱胶，脱酸，脱色，脱臭，脱蜡）等；原位转化法可直接利用未经处理（或仅脱水）的含油生物量，化学反应直接发生在同时包含油脂-固体的生物量混合物之内。多篇研究提到，传统生产过程中的油脂提取和精炼成本很高，可占生物柴油生产过程总成本的70-80%。这是目前生物柴油的价格高于石化柴油的重要原因之一。因此，原位转化法成为降低生物柴油生产成本的一个替代方法。
原位转化技术的另一优点是可以同时生产动物饲料作为副产品，进一步降低生物柴油的生产成本，甚至是降低市售饲料的价格。目前，这方面的研究多见于大豆、油菜籽、棉籽等极少数的植物原料，未见有动物方面的应用。
发明内容
为弥补目前广泛使用的传统生物柴油转化方法成本较高的缺点， 本发明提供一种动物废弃物原位转酯化同时制备生物柴油和动物饲料副产品的新方法，有助于降低动物源生物柴油的价格，使生物柴油进一步代替传统柴油。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种以动物废弃物为原料同时制备生物柴油和动物饲料的原位转化方法，包括以下步骤：
（1）动物废弃物的简易处理：将清洗后的动物废弃物干燥，然后匀浆或粉碎，得到反应原料；
（2）原位转酯化反应：将反应原料与助溶剂、催化剂和甲醇混匀进行原位转酯化反应，具体条件为：在55-125℃的条件下，反应1.0 – 20.0小时；以动物废弃物为反应原料，根据原料含油量的不同，一般选取但不限制于后文条件。有机助溶剂（己烷、石油醚、丙酮、氯仿等）与甲醇体积比为3:1 - 1:14，溶剂剂量（助溶剂+甲醇）与动物废弃物的mL：g为5-45，催化剂用量（浓硫酸）与动物废弃物的mL：g为0.1-1.8。
（3）动物饲料副产品回收：反应完成后，静置，将获得的下层相进行过滤，得到动物废弃物原位反应后形成的废渣，经过清洗、干燥等处理后，即可制得动物饲料副产品；
（4）生物柴油的分离提纯：取静置后的上层相，进行水洗后，经过浓缩、干燥等处理即可得生物柴油。
本发明与传统转化方法不同的反应机理：传统转酯化反应的反应原料为从生物量中提取并精炼的纯化油脂，而新型原位转酯化反应实际上直接发生在含油固体生物量的内部，实现反应原料到生物柴油产品的一步转化。这种反应模式在节约原料加工成本的同时，有助于完全转化和利用固体生物量内部的部分与固体物质结合的结合脂。结合脂不易被传统的溶剂浸提操作完全提取，因此，原位转酯化反应有利于进一步提高油脂的转化性和生物柴油的产量。
动物生物量不同于植物生物量，动物原料不存在植物材料中常见的纤维素、细胞壁等物质，此外，动物生物量所含油脂的酸值极高，并且其他化学成分也较为复杂，植物材料研究中常用的催化方法（如碱催化法），不适于动物原料的直接转化反应，因此，我们提出并探索了针对动物原料的原位转酯化反应，这一反应首次实现同时制备出动物源高纯度生物柴油和高粗蛋白含量的饲料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明首次提出利用原位转酯化技术，以动物废弃物为原料，采用硫酸催化法，同时生产生物柴油和动物饲料的方法；
（2）本发明所采用的原位转酯化技术，能有效降低传统生物柴油转化方法中油脂前处理所耗费的成本，进一步降低生物柴油的价格；
（3）本发明制备的动物饲料，其粗蛋白含量较高，具有一定的市场潜力。
（4）本发明提出的动物源生物柴油制备技术，可以充分利用国内大量剩余的动物废弃物，在减轻环境压力的同时，提高企业的经济效益。此方法制备的动物源生物柴油的转化率和纯度均较高。
具体实施方式
以下内容对本发明设计作进一步说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的使用范围。
实施例1
（1）草鱼废弃物的简易处理：使用清水简单清洗后，在冷冻干燥机内干燥6-7小时。取出后置于匀浆机内匀浆，得到反应原料。反应原料含油量为87%，油脂酸值达19 mg KOH g-1油。
（2）原位转酯化反应：以正己烷为助溶剂，1 g草鱼组织为反应物，选择正己烷与甲醇体积比为1:9，添加溶剂（正己烷+甲醇）31 mL，催化剂用量（浓硫酸）0.6 mL，在75℃下反应2.5小时。
（3）动物饲料副产品回收：反应完成后，静置，将获得的下层相进行抽滤，得到草鱼废弃物原位反应后形成的废渣，经过清洗、干燥后，制得动物饲料副产品，粗蛋白含量达34.73%，比反应原料提高了30.35%；
（4）生物柴油的分离提纯：取静置后的上层相，进行水洗后，加入0.5 g无水硫酸钠，干燥样品。氮气吹干溶剂，得到粗生物柴油0.72 g，其FAME含量为93%，酸值为1 mg KOH g-1油。
实施例2
（1）海鲈鱼废弃物的简易处理：使用清水简单清洗后，在冷冻干燥机内干燥6-7小时。取出后置于匀浆机内匀浆，得到反应原料，含油量高于95%。
（2）原位转酯化反应：以正己烷为助溶剂，1 g海鲈鱼组织为反应物，选择正己烷与甲醇体积比为1:9，添加溶剂（正己烷+甲醇）31 mL，催化剂用量（浓硫酸）0.6 mL，在75℃下反应2.5小时。
（3）生物柴油的分离提纯：取静置后的上层相，进行水洗后，加入0.5 g无水硫酸钠，干燥样品。氮气吹干溶剂，得到粗生物柴油0.89 g，其FAME含量为100%。
实施例3
（1）猪废弃物的简易处理：使用清水简单清洗后，在冷冻干燥机内干燥6-7小时。取出后置于匀浆机内匀浆，得到反应原料，含油量高于95%。
（2）原位转酯化反应：以正己烷为助溶剂，1 g猪组织为反应物，选择正己烷与甲醇体积比为1:9，添加溶剂（正己烷+甲醇）31 mL，催化剂用量（浓硫酸）0.6 mL，在75℃下反应2.5小时。
（3）生物柴油的分离提纯：取静置后的上层相，进行水洗后，加入0.5 g无水硫酸钠，干燥样品。氮气吹干溶剂，得到粗生物柴油0.94 g，其FAME含量为100%。
实施例4
（1）草鱼废弃物的简易处理：使用清水简单清洗后，在冷冻干燥机内干燥6-7小时。取出后置于匀浆机内匀浆，得到反应原料。反应原料含油量为70%。
（2）原位转酯化反应：以石油醚为助溶剂，1 g草鱼组织为反应物，选择石油醚与甲醇体积比为1:9，添加溶剂（石油醚+甲醇）15 mL，催化剂用量（浓硫酸）0.3 mL，在75℃下反应2.0小时，磁力搅拌速率为740 r/min。
（3）生物柴油的分离提纯：取静置后的上层相，进行水洗后，加入0.5 g无水硫酸钠，干燥样品。氮气吹干溶剂，得到生物柴油转化率为73.52%。
以上未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识，本发明不局限于上述最佳实施方式，也不局限于同时制备生物柴油和动物饲料，任何人应该得知在本发明的启示下作出的有关条件或方法的改变，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种以动物废弃物为原料同时制备生物柴油和动物饲料的原位转化方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）动物废弃物的简易处理：将清洗后的动物废弃物干燥，然后匀浆或粉碎，得到反应原料；
（2）原位转酯化反应：将反应原料与助溶剂、催化剂和甲醇混匀进行原位转酯化反应；
（3）副产品回收：反应完成后，静置，将获得的下层相进行过滤，得到动物废弃物原位反应后形成的废渣，经过处理即可制得副产品；
（4）生物柴油的分离提纯：取静置后的上层相，进行水洗后，经过浓缩、干燥等处理即可得生物柴油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的动物废弃物为来自水生或陆生动物的脂肪或内脏废弃物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的助溶剂为氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、吡啶、己烷、乙酸乙酯、石油醚、丙酮、乙醚、甲苯、丙醇、丁醇、叔丁基甲醚和乙醇中的一种或几种联合使用。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的助溶剂与甲醇体积比为3:1- 1:14。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的催化剂为浓硫酸， 其使用量与动物废弃物的mL：g为0.1-1.8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的助溶剂和甲醇的总使用量与动物废弃物的mL：g为5-45。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的原位转酯化反应温度为55-125℃，反应时间为1.0 – 20.0 h。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010251895.1A Pending CN111471528A (zh) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 一种以动物废弃物为原料同时制备生物柴油和动物饲料的原位转化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111471528A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101619329A (zh) * | 2009-07-29 | 2010-01-06 | 华东理工大学 | 一种生物催化“一锅法”制备生物柴油的工艺方法 |
| CN101654623A (zh) * | 2008-08-22 | 2010-02-24 | 烟台海岸带可持续发展研究所 | 一种制备生物柴油的方法 |
| CN104004596A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-08-27 | 刘火成 | 一种利用高酸值动植物废油生产生物柴油的方法 |
-
2020
- 2020-04-01 CN CN202010251895.1A patent/CN111471528A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101654623A (zh) * | 2008-08-22 | 2010-02-24 | 烟台海岸带可持续发展研究所 | 一种制备生物柴油的方法 |
| CN101619329A (zh) * | 2009-07-29 | 2010-01-06 | 华东理工大学 | 一种生物催化“一锅法”制备生物柴油的工艺方法 |
| CN104004596A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-08-27 | 刘火成 | 一种利用高酸值动植物废油生产生物柴油的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HOANG CHINH NGUYEN等: "Direct transesterification of black soldier fly larvae ( Hermetia illucens ) for biodiesel production", 《JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS》 * |
| 张晓东等: "废鸡油脂制取生物柴油试验研究", 《农业工程学报》 * |
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