多原料生物质废弃物生物油精炼过程中酚类化合物提取的优化研究及其燃料升级应用

推荐：本研究针对生物油中腐蚀性酚类杂质影响燃料品质的问题，通过甲醇-氯仿和乙酸乙酯溶剂体系对棕榈空果串、甘蔗渣和稻壳混合生物油进行液-液萃取，结合响应面法（RSM）优化工艺参数。结果表明，甲醇-氯仿在250 rpm和1:3比例下提取率达72.98%，显著提升生物油稳定性，为生物燃料工业化应用提供关键技术支撑。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料储量下降，寻找可持续的替代能源成为当务之急。生物油作为生物质热解产物，虽具有可再生优势，却因高酚含量导致腐蚀性、高粘度（29.57 cSt）和低热值等问题难以直接应用。特别是混合生物质（稻壳30.54%、油棕空果串36.64%、甘蔗渣32.82%）制备的生物油成分复杂，酚类占比达16.55%，传统单一原料处理方法难以适配。

针对这一挑战，印度尼西亚三宝垄国立大学化学工程系的研究团队创新性地采用多原料协同策略，通过甲醇-氯仿（80% v/v）和乙酸乙酯两种溶剂体系进行液-液萃取（LLE）优化。研究发现，甲醇-氯仿在250 rpm搅拌速度和1:3生物油-溶剂比条件下实现72.98%的酚类提取率，而乙酸乙酯在237.145 rpm和1:2比例下提取率达71.78%。该研究通过响应面法（RSM）建立预测模型，误差均低于5%，为生物油工业化纯化提供了可靠参数。相关成果发表于《Journal of Renewable Materials》。

关键技术方法包括：1）多原料生物质（稻壳、油棕空果串、甘蔗渣）的快速热解（500°C，氮气流速3 L/min）；2）基于GC-MS的生物油成分分析；3）液-液萃取工艺参数优化（温度50-70°C，时间50-180分钟）；4）Folin-Ciocalteu法测定酚含量；5）响应面法（RSM）结合中心复合设计（CCD）进行参数建模。

3.1 生物油的化学特性

GC-MS分析显示生物油含27.16%脂肪酸、20.99%脂肪酸酯和16.55%酚类，其中酚类主要源自木质素裂解。醛类物质（17.53%）的存在解释了生物油的不稳定性，而C16-C18脂肪酸衍生物为提升热值提供了可能。

3.2 物理特性与燃料标准差距

生物油密度（1.116 g/mL）和粘度（29.57 cSt）远超印尼柴油标准（0.85-0.89 g/mL，2.3-6.0 cSt），但pH值（5）符合燃料腐蚀性要求。高粘度与酚含量正相关，证实了酚类去除的必要性。

3.3 萃取工艺优化

甲醇-氯仿在低溶剂比例（1:1）时效果最佳，因高比例导致酚类与其他极性化合物竞争溶解；而乙酸乙酯在1:2比例下呈现提取效率峰值，过量溶剂引发涡流反混效应。搅拌速度提升均促进传质，但超过250 rpm后甲醇-氯仿体系因返混现象导致收率下降。

3.4 响应面法验证

RSM模型显示甲醇-氯仿体系最优参数为200 rpm和1:1比例（预测收率76.8%，验证误差4.29%），乙酸乙酯体系为237.145 rpm和1:2比例（预测收率74.95%，误差4.41%）。二次方程模型R²>0.89，证实了模型的可靠性。

该研究首次实现了多原料生物油中酚类的高效提取，突破传统单一原料处理的局限性。甲醇-氯仿溶剂在低比例下的高效性降低了工业成本，而RSM模型的建立为工艺放大提供理论依据。未来研究可探索溶剂回收工艺及与其他升级技术（如催化加氢）的联用，进一步推动生物油商业化进程。