NCS-0238活性炭灰催化Atili籽油制备生物柴油的优化研究及其可持续能源应用

本研究针对高酸值Atili籽油传统酯化工艺成本高、耗时长的问题，创新性采用NCS-0238甘蔗渣活性炭灰作为生物吸附剂降低酸值，并开发玉米芯煅烧催化剂(CMSP)实现一步法转酯化。通过Taguchi和Box-Behnken设计优化工艺，机器学习(ML)预测生物柴油转化率高达99.94%，产品符合ASTM D6751和EN 14214标准，为农业废弃物资源化利用提供新范式。

　　

随着全球城市化进程加速，石油资源枯竭与温室气体排放问题日益严峻。传统柴油燃料对臭氧层的破坏已引发气候危机，而生物柴油因其可再生性和环境友好特性成为理想替代品。然而，高酸值植物油（如Atili籽油，酸值达8.52 mg KOH/g）需先经酯化预处理，存在成本高、工艺复杂等瓶颈。更棘手的是，农业废弃物如甘蔗渣和玉米芯的处置问题亟待解决。

Delta State University of Science and Technology（三角洲州立科技大学）的研究团队开创性地将NCS-0238甘蔗渣活性炭灰作为生物吸附剂，成功将Atili油游离脂肪酸(FFA)从4.26%降至0.24%，并利用煅烧玉米芯粉末(CMSP)催化剂实现高效转酯化。通过多尺度表征和智能算法优化，该研究不仅解决了农业废弃物处置难题，更建立了"废弃物-能源"转化新范式，相关成果发表于《Scientific African》。

研究采用四大关键技术：1）Taguchi正交设计优化Atili籽油提取工艺（丙酮溶剂法，65.2%得率）；2）NCS-0238甘蔗渣活性炭灰吸附降酸（260 μm孔径处理72小时）；3）CMSP催化剂制备（850°C煅烧4小时）与多维度表征（SEM-EDS/XRF-FS/BET）；4）Box-Behnken设计与机器学习双模型优化转酯化参数。

Atili油提取与工艺优化
通过三水平四因素Taguchi设计，发现0.45 μm粒径与300 mL丙酮组合在50°C下可获得64.48%的优化得率。与传统n-己烷提取法相比，该方法效率提升32%（对比文献报道的48.71%得率）。

酸值降低机制
NCS-0238甘蔗渣因其纤维素/木质素复合结构，在260 μm孔径下展现最佳吸附性能。FTIR证实其表面含羧基/羟基等活性位点，通过离子交换使FFA在3天内降低94.4%。

催化剂特性解析
XRF显示CMSP主要成分为SiO₂-NaAlSi₃O₈（石英68%+伊利石15%），BET测得2.2285 m²/g比表面积。Zeta电位44.90 mV表明胶体稳定性，TGA证明850°C煅烧后仅存5%挥发分。

生物柴油转化优化
机器学习模型（R²=99.99%）预测最优条件为：甲醇/油比7.02:1、3.2%催化剂、77.4°C反应60分钟，转化率99.94%，较BBD模型（99.86%）更精准。催化剂重复使用4次后活性仍保持稳定。

产品性能验证
所得生物柴油十六烷值(68.61)高于ASTM标准(57)，粘度2.46 mm²/s符合EN 14214要求（3.5-5.0）。脂肪酸组成分析显示主要含油酸(35.32%)和硬脂酸(36.13%)。

该研究实现了三重突破：首次明确NCS-0238甘蔗渣品种的生物吸附优势；开发出含NaAlSi₃O₈活性相的玉米芯催化剂；通过智能算法将转化率提升至近100%。这不仅为高酸值油脂转化提供新思路，更构建了"农业废弃物-能源"的闭环产业链模型。特别值得注意的是，催化剂8次循环后仍保持60%活性，其经济性较传统均相催化剂提升3倍以上。未来研究可进一步探索甘蔗渣孔隙率与FFA吸附的构效关系，以及CMSP中钠/钾离子对转酯化的协同催化机制。