利用超临界CO2提取石莼油与生物质活性炭催化剂协同生产生物柴油的可持续路径研究

《Bioresource Technology Reports》：Biodiesel production from Ulva lactuca oil extracted by supercritical carbon dioxide using a biogenic activated carbon catalyst

本文推荐了一项创新性研究，该工作通过超临界二氧化碳（SC-CO2）技术从石莼（Ulva lactuca）中提取藻油，并利用棕榈仁壳制备的生物质活性炭（AC）催化剂进行催化酯交换反应，成功生产出符合ASTM D6751和EN 14214标准的高品质生物柴油。此策略将海洋生物质（第三代原料）与农业废弃物（棕榈仁壳）增值利用相结合，为推进循环生物经济（circular bioeconomy）和低碳能源提供了可持续方案。

　　

Highlight

样品的收集与制备

本研究中使用的一种绿藻（Chlorophyta）——石莼（Ulva lactuca），是从马来西亚沙巴的沿海地区野外采集的。采集后，样品用蒸馏水反复清洗，以确保彻底去除残留的海水和表面杂质。清洗后的海藻经过两天日晒，直至水分含量降至5%以下。然后将干燥的生物质研磨成粒径在2–5毫米之间的细粉，并储存在密封的玻璃容器中，以备后续使用。

藻油的理化性质

石莼藻油的理化特性总结在表1中。该油的密度为889.2 ± 0.1 kg/m³，落在藻类脂质报告的典型范围内，表明其与常规燃料性质的兼容性。记录的运动粘度为11.40 ± 0.04 mm²/s，表明其具有相对粘稠的特性，这对于粗藻油来说是预期的。这是因为粗藻油含有长链甘油三酯、磷脂和其他杂质，这些成分会增加其流动阻力。酸值（AN）和游离脂肪酸（FFA）含量极低，分别为0.48 ± 0.01 mg KOH/g和0.24%，这表明提取的油品质优良，适合进行碱催化酯交换反应，而无需预先进行酯化预处理。低FFA含量对于最大限度地减少皂化反应至关重要，皂化反应会阻碍酯交换过程并降低生物柴油产率。碘值（IV）为85.60 ± 0.50 g I₂/100g，表明不饱和度适中，这有助于改善生物柴油的低温流动特性。通过气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）分析测定的脂肪酸谱显示，油酸（C18:1）是主要成分，占40.60%，其次是棕榈酸（C16:0）占21.30%，亚油酸（C18:2）占12.10%。高比例的油酸与改善的燃料特性相关，例如高十六烷值和良好的氧化稳定性，这对于生物柴油质量至关重要。提取的油还显示出高十六烷值（57.7）和高热值（38.4 MJ/kg），进一步支持其作为可行的生物柴油原料的潜力。

结论

本研究通过将利用石莼（Ulva lactuca）的海洋生物质与源自棕榈仁壳废弃物的生物质活性炭催化剂载体相结合，确立了一条可持续且技术可行的生物柴油生产路径。SC-CO₂提取得到的藻油具有优良的特性，包括低游离脂肪酸（FFA）含量（0.24%）、密度889.2 kg/m³和粘度11.40 mm²/s，这表明其适合直接催化转化。该提取路径还展示了在温和温度（60 °C）下操作的优势，同时保持了油的完整性并最大限度地减少了降解。从棕榈仁壳制备的活性炭（AC）催化剂表现出卓越的形态特性，具有高比表面积和发达的孔隙结构，碘值为3577.84 mg/g，这增强了其催化活性和反应物分子的吸附能力。酯交换反应实现了86.56%的高生物柴油产率，所得脂肪酸甲酯（FAME）符合关键的ASTM D6751和EN 14214标准，包括十六烷值（57.7）和热值（38.4 MJ/kg）。这项工作证明了将海洋生物质增值与农业废弃物再利用相结合的循环生物经济方法的可行性，为推进下一代绿色能源和全球可持续发展目标做出了贡献。