通过废弃食用油的酶促酯交换反应制备的生物柴油和三醋酸酯对柴油发动机气体排放的影响

《Journal of the Indian Chemical Society》：Effect of Biodiesel and Triacetin produced via Enzymatic Interesterification of Waste Cooking Oil on Diesel Engine Gas emissions

废油超声辅助酶催化酯交换制备的生物柴油添加三醋酸可降低柴油机NOx和CO2排放，B40和B50混合比例效果最佳，添加5%三醋酸使CO2排放减少10%。研究验证了生物柴油与三醋酸协同减排的潜力。

　　Risal Ishak, Harumi Veny, Fazlena Hamzah, Siti Wahidah Puasa, Rossi Passarella, Syafiza Abd Hamid 是本研究的作者，他们的工作围绕一种新型生物柴油的开发，该生物柴油通过酶促酯交换反应制备，并加入三醋酸甘油酯（Triacetin）作为添加剂。这项研究的主要目标是评估这种生物柴油与传统柴油燃料在柴油发动机中的性能差异，特别是在发动机运行时间、气体排放等方面的表现。通过使用来自废食用油（Waste Cooking Oil, WCO）的生物柴油与三醋酸甘油酯的混合物，研究团队希望找到一种既能提高发动机性能，又能减少温室气体排放的可持续解决方案。

研究背景表明，长期以来人类对不可再生能源——化石燃料的依赖，尤其是用于交通运输领域，已经对环境造成了严重影响。随着人口增长、交通运输需求增加以及工业化进程加快，化石燃料的消耗量持续上升，促使了生物燃料的研发。生物柴油作为一种替代传统柴油燃料的可行方案，因其可再生、可降解、非毒性等特性，被广泛认为是未来柴油发动机的理想燃料。然而，纯生物柴油（B100）在实际应用中仍存在一些挑战，例如其燃烧效率较低，可能影响发动机性能。因此，许多研究团队致力于寻找改进生物柴油性能的方法，其中包括通过不同的化学处理工艺提高其燃烧特性，以及通过添加特定的添加剂来优化其在发动机中的表现。

在本研究中，研究人员选择将废食用油与甲基乙酸酯进行酯交换反应，以制备生物柴油，并将三醋酸甘油酯作为副产物。这一过程采用了固定化的 Candida Antarctica Lipase A（CaLA）作为生物催化剂，不仅提高了反应效率，还确保了反应的可持续性和环境友好性。CaLA 是一种广泛应用于酯交换反应的非区域特异性脂肪酶，其固定化形式能够重复使用，降低了生产成本，同时也减少了对环境的污染。通过使用超声波辅助的酶促酯交换技术，研究人员能够在较短时间内完成反应，同时确保产物的纯度和性能。

在制备生物柴油的过程中，研究人员特别关注三醋酸甘油酯的添加对发动机性能的影响。三醋酸甘油酯是一种含氧添加剂，能够改善生物柴油在燃烧过程中的氧化稳定性，从而减少有害气体的排放。此外，它还能提高生物柴油的冷流动性，使其在低温环境下仍能保持良好的燃烧性能。这些特性使得三醋酸甘油酯成为一种极具潜力的燃料添加剂。为了确保三醋酸甘油酯的添加符合相关标准，研究人员参考了 EN14214 和 ASTM D6751 的规定，这些标准对三醋酸甘油酯的允许浓度进行了明确规定。

本研究的重点在于评估不同比例的生物柴油与三醋酸甘油酯混合物在柴油发动机中的表现。研究人员测试了 B20、B30、B40 和 B50 等不同等级的生物柴油混合物，并将其与传统的 B7 柴油燃料进行比较。结果表明，随着生物柴油在混合物中的比例增加，发动机的运行时间并没有显著延长，但气体排放方面却出现了积极的变化。特别是在 B40 和 B50 等混合物中，NOx 和 CO? 的排放量明显减少，显示出三醋酸甘油酯在改善燃烧效率和降低污染方面的潜力。

此外，研究人员还发现，当三醋酸甘油酯的浓度达到 5% 时，能够将 CO? 的排放量降低 10%。这一结果表明，三醋酸甘油酯的添加不仅有助于提高生物柴油的环保性能，还可能成为未来柴油燃料的一种重要组成部分。然而，目前关于三醋酸甘油酯在生物柴油中的应用研究仍较为有限，尤其是在评估其对柴油发动机整体性能的影响方面。因此，本研究旨在填补这一研究空白，通过系统地分析不同比例的生物柴油与三醋酸甘油酯混合物在发动机中的表现，为未来的生物柴油研究提供参考。

在实验方法方面，研究人员使用了 FT-IR 技术来测定三醋酸甘油酯的浓度。通过建立标准校准曲线，他们能够准确地分析不同反应条件下三醋酸甘油酯的含量。这种方法不仅提高了实验的准确性，还确保了数据的可靠性。同时，研究人员还使用了 GC-MS 技术对生物柴油的组成进行了进一步分析，以验证其是否符合相关标准。

研究的实施过程中，研究人员还得到了一些重要的支持。其中包括来自 Shaiful Amri Ramli 和 Mohd Fadhli Mohamad Basir 的指导，以及 Yazid Yusof 的 GC-MS 分析支持。这些支持使得研究人员能够在实验过程中更加顺利地进行测试和分析，确保研究结果的科学性和实用性。

从研究的成果来看，本研究不仅验证了生物柴油在柴油发动机中的应用潜力，还进一步展示了三醋酸甘油酯在改善燃烧效率和降低污染方面的积极作用。通过使用固定化的 CaLA 作为生物催化剂，研究人员成功地将废食用油转化为生物柴油，并在其中加入三醋酸甘油酯作为添加剂。这一方法不仅提高了生物柴油的生产效率，还确保了其在实际应用中的可行性。

此外，本研究的结果还表明，生物柴油与三醋酸甘油酯的混合物在柴油发动机中的表现优于传统柴油燃料。特别是对于 CO? 和 NOx 的排放，混合物表现出显著的降低效果。这为未来的生物柴油研究提供了重要的参考，同时也为柴油燃料的可持续发展提供了新的思路。通过结合酶促酯交换反应和三醋酸甘油酯的添加，研究人员不仅能够提高生物柴油的环保性能，还能够增强其在实际应用中的稳定性。

研究的意义在于，它为生物柴油的生产与应用提供了一种新的解决方案，特别是在利用废食用油作为原料的情况下。这种方法不仅能够减少对化石燃料的依赖，还能够降低环境污染，同时提高燃料的经济性。通过使用固定化的 CaLA 作为生物催化剂，研究人员能够有效地提高反应效率，并确保产物的纯度和性能。同时，三醋酸甘油酯的添加也使得生物柴油在燃烧过程中更加稳定，减少了有害气体的排放。

本研究的成果表明，生物柴油与三醋酸甘油酯的混合物在柴油发动机中的应用前景广阔。通过进一步优化反应条件和添加剂比例，研究人员有望开发出更加高效的生物柴油配方，从而满足不同应用场景下的需求。此外，研究团队还希望通过本研究的成果，推动生物柴油在实际应用中的推广，特别是在交通运输领域，为实现更加清洁、环保的能源供应做出贡献。

从研究的创新点来看，本研究首次将三醋酸甘油酯作为生物柴油添加剂进行系统评估，并结合超声波辅助的酶促酯交换技术，提高反应效率和产物纯度。这一方法不仅能够提高生物柴油的生产效率，还能够减少对环境的污染，同时提高燃料的经济性。此外，研究团队还通过实验验证了不同比例的生物柴油混合物在柴油发动机中的表现，为未来的生物柴油研究提供了重要的数据支持。

在实际应用方面，本研究的结果可以为生物柴油的生产与推广提供参考。特别是在马来西亚，政府已经推出了 B20 柴油燃料的强制使用政策，这表明生物柴油在实际应用中具有一定的可行性。通过进一步优化反应条件和添加剂比例，研究人员有望开发出更加高效的生物柴油配方，从而满足不同应用场景下的需求。此外，研究团队还希望通过本研究的成果，推动生物柴油在实际应用中的推广，特别是在交通运输领域，为实现更加清洁、环保的能源供应做出贡献。

从研究的局限性来看，目前的研究仍存在一些需要进一步探讨的问题。例如，三醋酸甘油酯的添加对发动机性能的影响还需要更多的实验数据支持。此外，不同比例的生物柴油混合物在不同环境条件下的表现也可能存在差异，这需要进一步的研究来验证。同时，生物柴油的生产成本和经济性也是需要关注的问题，特别是在大规模生产的情况下，如何提高生产效率并降低成本，是未来研究的重要方向。

综上所述，本研究通过使用固定化的 CaLA 作为生物催化剂，将废食用油转化为生物柴油，并在其中加入三醋酸甘油酯作为添加剂，成功地提高了生物柴油的环保性能和燃烧效率。研究结果表明，三醋酸甘油酯的添加对降低 CO? 和 NOx 的排放具有积极作用，而不同比例的生物柴油混合物在柴油发动机中的表现也有所差异。这些发现为未来的生物柴油研究提供了重要的参考，同时也为柴油燃料的可持续发展提供了新的思路。通过进一步优化反应条件和添加剂比例，研究人员有望开发出更加高效的生物柴油配方，从而满足不同应用场景下的需求。