生物柴油的主要化学成分为长链脂肪酸单酯,具有润滑性能好、燃烧充分、储运安全、抗爆性好、环境友好等特点,可以作为石化柴油代用品或与石化柴油混合使用。在过去的10年里,全球生物柴油市场呈现出极速稳定的增长。原料成本占生物柴油生产成本的60~80%,廉价油脂原料的寻找和开发成为必然趋势。生物柴油的高需求和大量生产,必然引发可再生原料的全球投资热潮,如非食用原料如动物油脂、小桐子油、亚麻油、油藻等。然而廉价的油脂多为低品质油脂,杂质较多。对此,合适的催化材料是实现生产工艺经济性反应的关键,绿色催化剂的应用将有助于提高反应原料的利用率,减少废物,降低生产成本。研制活性高、选择性好、易于分离、制备工艺简单、成本低、毒害小且能够回收使用的绿色催化材料,成为催化领域努力地方向。
中科院西双版纳热带植物园生物能源组与Universiti Kebangsaan Malaysia联合培养的博士生潘慧琳在郭峰博士和导师方真研究员的指导下,以造纸厂“黑水”提取的木质素为原料合成了碳质固体酸催化剂,并用于生产生物柴油。木质素由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联接而成,是具有三维结构的芳香族高分子化合物。苯基丙烷的结构与糖基固体酸的层状芳环炭结构类似,因此木质素具有作为固体酸载体合成原料的潜力。表征发现S元素在生物基炭质催化剂上以-SO3H形式存在,且-SO3H与芳环无定形炭以C-O-S键连接。催化剂比表面积为54.8㎡/g,S含量为5.6%,磺酸基团密度为2.1mmol/g。所制备催化剂用于催化油酸与甲醇的酯化反应,在80℃反应5 h,酯化率可达97%;用于催化小桐子油(酸值,12.7mg KOH/g)与甲醇的转酯化反应,在120℃反应5h,生物柴油率可达96%。文章以Direct production of biodiesel from high-acid value Jatropha oil with solid acid catalyst derived from lignin为题在国际期刊《Biotechnology for Biofuels》发表。
同时,方真研究员还组织世界各地的生物柴油的专家,编辑了一本生物柴油生产,性能和应用的专著{J. M. Marchetti, Zhen Fang (Editors),Biodiesel: Blends, Properties and Applications (Hardback). New York: Nova Science Publishers, Inc., ISBN 13: 9781613246603 ISBN 10: 1613246609, Sep. 2011.}, 已由纽约NOVA Publishers出版:https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=21023。