[發(fā)明專利]一種基于餐飲廢油的生物潤滑油及其制備方法

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• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113105933A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張栩;吳亞敏;于彤;張維;宋子家
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C10M105/38
• 分類號: C10M105/38;C12P7/64;C12P17/02;C10N30/02;C10N30/06;C10N30/08
• 代理公司: 北京睿邦知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11481
• 代理人: 方莉

本發(fā)明涉及一種基于餐飲廢油的生物潤滑油的制備方法。該方法一方面利用廉價廢棄的餐飲廢油通過分子結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，合成高性能的生物潤滑油；另一方面利用高效綠色、反應(yīng)選擇性高的催化劑(脂肪酶和功能性離子液體)替代反應(yīng)選擇性差、腐蝕性強(qiáng)的傳統(tǒng)催化劑(如H₂SO₄，Amberlite 120等)對不飽和油脂進(jìn)行生物和化學(xué)改性合成高性能生物潤滑油，避免溶劑(如三氟化硼乙醚、二氯甲烷、甲苯與苯等)的使用，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，縮減產(chǎn)品的分離純化步驟與成本。另外增加催化劑的重復(fù)利用性。本發(fā)明所制備的生物潤滑油性能明顯優(yōu)于相同粘度的礦物基潤滑油。本發(fā)明以餐飲廢油制備高性能生物潤滑油具有潛在的工業(yè)化價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于餐飲廢油的生物潤滑油及其制備方法。

背景技術(shù)

2017年，全球汽車潤滑油需求量約為3900萬噸，其中汽車潤滑油消費(fèi)量超過60％。隨著汽車數(shù)量的增加和機(jī)械產(chǎn)業(yè)化程度的提高，潤滑油的消耗量將繼續(xù)以每年2％的速度增長。此外環(huán)境相容性差的不可再生石油基潤滑油占總消耗量的85％-90％，對環(huán)境極為危險，導(dǎo)致溫室氣體排放和水污染加劇。因此，替代石油基潤滑油的生物潤滑油越來越受到關(guān)注。

生物潤滑油作為源于動植物油的原料，具有石油基潤滑劑無法比擬的潤滑性能。如低揮發(fā)性、寬粘度范圍和耐高溫性、優(yōu)異的粘溫性能、可持續(xù)性和環(huán)境友好性。然而，利用食用植物油如大豆油、菜籽油等生產(chǎn)生物潤滑油，將引發(fā)能源可持續(xù)性與糧食之間的矛盾，導(dǎo)致糧食價格上漲和饑餓危機(jī)。同時，麻瘋樹油、蓖麻油等非食用油通常是多年生植物，種植面積受地區(qū)或氣候限制，難以滿足未來生物燃料的需求。另一方面，每年約有1500萬噸餐飲廢油被隨意排放到水或土壤中。我國每年產(chǎn)生的餐飲廢油約500萬噸，其中200-300萬噸被非法回用到餐桌。最重要的是生物潤滑油發(fā)展的最大障礙是其高昂的成本，70-80％的成本集中在原材料上，而動植物油的成本是餐飲廢油的2-3倍。因此將餐飲廢油轉(zhuǎn)化為生物潤滑油，將在未來能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，以緩解能源和糧食的爭論，實現(xiàn)合理循環(huán)利用。但是餐飲廢油的脂肪酸組成主要由60％-80％的油酸和多不飽和脂肪酸組成，其余為高熔點(diǎn)底物棕櫚酸和硬脂酸等飽和脂肪酸。因此需要進(jìn)一步的化學(xué)改性以獲得低溫性能和熱氧化穩(wěn)定性更好的生物潤滑油。如專利CN104449945A與CN107338082A所述方法將不飽和脂肪酸及其衍生物經(jīng)環(huán)氧化、開環(huán)支鏈化、開環(huán)羥基進(jìn)一步酰化合成支鏈化的生物潤滑油是改善其低溫性能和熱氧化穩(wěn)定性的重要方法。但是經(jīng)環(huán)氧、開環(huán)支鏈化制備生物潤滑油的催化劑正如專利CN109055019A、CN110272447A與CN103805308A所用的，多是反應(yīng)選擇性差的酸性無機(jī)酸、樹脂，或制備成本高昂的固體酸、稀有金屬負(fù)載型催化劑等；反應(yīng)過程不僅需在溶劑(如三氟化硼乙醚、二氯甲烷、甲苯與苯等)體系中進(jìn)行，另外還會產(chǎn)生大量的副反應(yīng)，增加最終產(chǎn)品分離提純的成本；另外催化劑的重復(fù)使用難以實現(xiàn)。

因此，為解決餐飲廢油非法利用，礦物基潤滑油環(huán)境污染與資源枯竭，以及生物潤滑油生產(chǎn)過程大量使用溶劑，催化劑選擇性差且難以重復(fù)使用等問題，開發(fā)綠色高效的催化劑對餐飲廢油進(jìn)行改性合成低溫性能與潤滑性能優(yōu)異、熱氧化穩(wěn)定性高的廉價生物潤滑油勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于為解決上述技術(shù)問題，提供一種基于餐飲廢油的生物潤滑油，該生物潤滑油以餐飲廢油為原料制得，具有極低的傾點(diǎn)和較高的熱穩(wěn)定性，屬于高性能生物潤滑油。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種上述生物潤滑油的制備方法，該方法以反應(yīng)條件溫和、催化效率高的脂肪酶和離子液體為催化劑對餐飲廢油進(jìn)行綠色化學(xué)改性，得到高性能的的生物潤滑油。反應(yīng)完全在無溶劑體系中進(jìn)行，反應(yīng)選擇性高，副反應(yīng)少，催化劑與產(chǎn)品分離簡單可重復(fù)多次使用。

為此，本發(fā)明第一方面提供了一種基于餐飲廢油的生物潤滑油，其以餐飲廢油為原料制得，其100℃運(yùn)動粘度為2.83-10.74cSt，傾點(diǎn)為-61℃至-41℃，閃點(diǎn)為213-303℃，起始溫度326.35℃，氧化起始溫度312.06℃，COF為0.089，WSD為203μm。