综述：生物柴油的综合评述：特性、催化剂类型和原料来源

这篇综述深入探讨了生物柴油（Biodiesel）生产中的关键瓶颈，包括原料质量波动、实验室到工业的放大难题及全生命周期碳排放问题，重点分析了均相（Homogeneous）、非均相（Heterogeneous）催化剂和生物催化剂（Biocatalysts）的优劣，特别强调废料衍生的CaO基催化剂可降低20%成本并维持>95%转化率，为可再生能源发展提供了技术路线图。

　　

生物柴油生产的关键技术与挑战

引言

随着化石燃料枯竭和环境问题加剧，生物柴油（Biodiesel）作为可再生烷基酯衍生物备受关注。其生产核心在于通过酯交换反应（Transesterification）将动植物油脂转化为脂肪酸甲酯（FAME），但面临原料变异性、规模化瓶颈和碳排放三大挑战。

催化剂的革新与选择

催化剂是生物柴油合成的核心，主要分为三类：

1. 1.

   均相催化剂（如NaOH/KOH）成本低但易皂化，仅适用于低游离脂肪酸（FFA）原料；

2. 2.

   非均相催化剂（如CaO衍生自生物质废料）可重复使用，耐受高FFA，ZnO改性后转化率可达96.6%；

3. 3.

   生物催化剂（如脂肪酶Lipase）条件温和但成本高昂，Novozymes 435酶循环5次后活性仅损失16%。

MXene/SrTiO₃异质结构催化剂在温和条件下实现98.8% FAME产率，但缺乏工业化验证。

原料与工艺优化

原料从一代（粮食作物）向三代（微藻、废弃物）演进，废食用油（WCO）通过预处理可降低酸值（AV）。关键工艺参数包括：

• •

  醇油比：20:1甲醇比例最优，过量会稀释反应体系；

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  温度：90°C时酯含量提升至72.8%，但需平衡能耗；

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  纳米技术：Fe₃O₄–SiO₂核磁颗粒催化剂实现98.1%产率且可磁性回收。

超声反应器（20kHz）通过空化效应将反应时间从40分钟缩短至10分钟，能耗降低64.6%。

表征与标准

产物通过FT-IR（1741cm^-1酯基峰）、¹H NMR（3.5ppm甲基峰）和GC-MS验证，符合ASTM D6751标准，如运动粘度（1.9–6mm²/s）和闪点（>93°C）。

环境与经济性

生命周期评估（LCA）显示废食用油路线可减少57%碳排放，但甲醇消耗占碳足迹的0.149kg CO₂-eq/kg。废料催化剂使生产成本降至0.85美元/升，而酶催化因载体材料成本受限。

未来方向

需开发双功能催化剂（同时处理FFA和甘油三酯）、优化微反应器连续流工艺，并整合人工智能（AI）动态调控反应参数。政策上需参照欧盟REDII指令，推动非粮原料和碳捕获技术的应用。

（注：全文数据与结论均源自原文实验及文献，未新增观点。）