综述：可见光响应性Ag?PO?基光催化剂在水处理和废水修复中的应用：进展、挑战及未来发展方向

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Visible-Light-Responsive Ag 3PO 4-Based Photocatalysts for Water Treatment and Wastewater Remediation: Advances, Challenges, and Future Directions

本研究通过固定化脂肪酶催化溶剂-free酯化反应合成高性能生物绝缘油，以新戊二醇和棕榈油衍生的 oleic 酸为原料，优化反应条件（60℃、真空100mbar、3wt.%酶、72h）实现98% oleic 酸转化率，产物氧化稳定性较商业油FR3提高约2倍，介电强度提升16%-22%，倾点-49℃、运动粘度24.45mm2/s，符合IEC 62770标准，适用于寒冷地区和高安全需求变压器。

　　本研究聚焦于一种新型生物变压器油的合成与性能评估。随着电力需求的不断增长以及环保法规的日益严格，传统矿物油（MO）作为变压器绝缘介质的局限性愈发凸显。MO虽然具有良好的绝缘性能和较低的成本，但其高可燃性使得在敏感环境中，如城市地区和地下变电站中，存在较大的安全隐患。此外，MO的生物降解性较差，一旦发生泄漏，可能对土壤和地下水造成长期污染，因此推动了非毒性、可生物降解绝缘油的研发。

为了应对这些问题，近年来生物基变压器油逐渐成为研究热点。这类油品通常来源于植物油，具有可再生性、良好的火安全性以及较低的环境影响。在众多植物油中，棕榈油因其较高的闪点、相对较低的成本和较高的产量，成为高潜力应用的候选材料。尤其在泰国，作为全球第三大棕榈油生产国，棕榈油在本地具有良好的供应条件和应用前景。然而，棕榈油基绝缘油仍存在一些关键问题，如较高的粘度、较高的凝点以及较差的氧化稳定性，这些特性限制了其在超高压和大容量变压器中的使用。

粘度较高会降低变压器油的热传导效率，导致变压器油温升高，进而引发局部过热、缩短使用寿命和限制负载能力。凝点过高则会限制其在寒冷地区的应用，例如北美的加拿大、北欧、北中国的部分区域以及西伯利亚等地。氧化稳定性较差则与棕榈油中不饱和脂肪酸链中的双键以及甘油部分的β-氢有关，这些因素会导致长期运行中积累极性老化产物，如酸、水分和气体，从而显著增加介电损耗，降低介电击穿强度，并影响整体安全性。

为了解决上述问题，研究者尝试了多种策略。例如，通过混合不同类型的绝缘油，如矿物油与酯类油，或者制备多组分混合物，可以改善冷流动性；然而，这种方法往往导致闪点性能显著下降。此外，对植物油进行化学修饰，如与多元醇（如新戊二醇、三甲醇丙烷、季戊四醇和二三甲醇丙烷）进行酯化反应，已被广泛用于提高热氧化稳定性，主要原因是通过消除甘油部分的β-氢，从而增强油品的稳定性。然而，这些方法也存在一定的局限性，例如，高分子量和高饱和脂肪酸比例会导致酯类油粘度增加，从而影响其作为变压器绝缘介质的适用性。

基于此，本研究选择新戊二醇（NPG）作为酯化反应的醇基，结合棕榈油衍生的油酸（OA），通过酶催化的方法合成新型生物基绝缘油。选择NPG的原因在于其分子结构中不含β-氢，且形成的酯类油具有适中的分子量，这有助于提高热氧化稳定性，同时保持较低的粘度。此外，研究还指出，通过部分氢化或环氧化等方法可以减少双键对氧化稳定性的影响，但完全去除双键或仅使用饱和脂肪酸会导致凝点升高和粘度增加，从而影响油品的适用性。

因此，本研究旨在合成一种以棕榈油为基础的新型生物基绝缘油，其具有高氧化稳定性、高闪点、低粘度和低凝点。这种绝缘油通过新戊二醇与棕榈油衍生的油酸进行酯化反应，使用商业化的固定化脂肪酶作为催化剂，在无溶剂体系下完成反应。研究过程中，对反应温度、真空压力、酶用量和反应时间等关键参数进行了优化，以实现油酸的最大转化率和新戊二醇二酯（NPG-DE）的高选择性。通过FT-IR和NMR分析确认了合成产物的结构，并对油品的物理化学和电气性能进行了系统评估。

实验结果显示，合成的新戊二醇二酯（NPG-DE-A）在40°C时的运动粘度为24.45 mm2/s，远低于商业产品FR3和矿物油（MO），这有助于提高变压器的冷却效率。其凝点仅为-49°C，显著低于MO的凝点，因此更适合在寒冷气候条件下使用。此外，NPG-DE-A的氧化稳定性约为FR3的两倍，这归因于其结构中β-氢的消除，从而降低了氧化反应的可能性。其介电击穿电压达到87.4 kV，比FR3和MO分别高出16%和22%，表明其具有优异的绝缘性能。同时，NPG-DE-A的闪点为270°C，是MO的近两倍，进一步提升了其火安全性。其热降解速率与FR3相当，表明其在高温环境下的稳定性良好。

这些结果表明，通过新戊二醇与棕榈油衍生的油酸进行酶催化酯化反应合成的绝缘油，具有良好的性能和环保特性，有望成为新型绿色变压器油。这种油品不仅满足了IEC 62770标准的要求，还在多个关键性能指标上优于传统矿物油和商业生物变压器油。其低粘度和低凝点特性使其在寒冷地区具有更高的适用性，而高氧化稳定性和高闪点则使其在高安全性要求的应用中表现出色。

此外，研究还探讨了固定化脂肪酶在酯化反应中的优势。与化学合成相比，酶催化方法具有更温和的反应条件、更高的选择性、更高效的能量利用以及更低的废弃物产生，这支持了生物基绝缘油的可持续生产。同时，固定化脂肪酶在反应后可以重复使用，进一步降低了生产成本。尽管目前大多数关于酶催化酯化反应的研究集中在中链脂肪酸（C6-C12）上，但本研究尝试使用长链脂肪酸（≥C14）进行酯化反应，这在一定程度上拓展了酶催化方法的应用范围。实验结果表明，脂肪酸链长对酯化反应的性能有显著影响，因此选择合适的脂肪酸链长是提高生物基绝缘油性能的关键。

综上所述，本研究成功合成了一种新型生物基绝缘油，其在多个关键性能指标上均优于传统矿物油和商业生物变压器油。这种油品不仅满足了国际标准的要求，还具有良好的环保特性，适合在寒冷气候和高安全性要求的应用中使用。研究结果为未来生物基绝缘油的开发和应用提供了重要的参考，同时也展示了酶催化方法在绿色合成中的巨大潜力。