使用碳酸二甲酯作为绿色酰基受体，通过热诱导转酯反应将梅（Prunus mume）种子转化为生物柴油

《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》：Thermally induced transesterification of Prunus mume seed into biodiesel using dimethyl carbonate as a green acyl acceptor

梅核非催化转酯化制备生物柴油研究。采用二甲基碳酸酯替代甲醇作为接受剂，在360℃下实现1分钟内直接转化梅核生成42.9%生物柴油，产率超溶剂提取油脂含量1.2倍。

　　近年来，随着全球对碳中和目标的重视，交通运输领域的脱碳已成为一项紧迫的任务。化石燃料的广泛使用虽然为经济发展提供了动力，但也带来了严重的环境问题，特别是二氧化碳（CO?）排放的增加。2024年全球人为CO?排放总量达到37.6亿吨，相较于过去二十年增长了35.7%。交通运输行业作为最大的碳排放源之一，占全球人为CO?排放的近五分之一。因此，开发替代传统化石燃料的可持续能源，尤其是生物燃料，对于实现碳中和目标至关重要。

在众多生物燃料中，生物柴油因其与传统柴油在物理化学性质上的高度相似性，成为交通运输领域的重要替代品。生物柴油不仅能够直接用于现有的内燃机，无需进行重大改造，还能通过生物质的生长过程实现碳排放的循环，从而减少对环境的影响。然而，当前生物柴油的生产仍面临诸多挑战，其中最主要的问题之一是其原料来源的可持续性。目前，生物柴油的生产主要依赖于可食用油作物，如大豆、向日葵和油菜等。这种依赖不仅加剧了粮食安全问题，还导致了原料成本的上升，使得生物柴油的经济可行性受到质疑。

为了应对这些问题，研究者们开始关注非食用性生物质资源，尤其是食品废弃物中的植物种子。植物种子在果品加工过程中常被作为副产品丢弃，但它们往往含有丰富的油脂，其含量可达10%至50%。因此，利用这些非食用性资源作为生物柴油的原料，不仅可以缓解原料短缺的问题，还能有效减少食品废弃物的环境负担。然而，传统的生物柴油生产工艺通常需要先对种子进行油脂提取，然后再进行酯交换反应。这一过程不仅耗时，还可能引入额外的污染和能源消耗。

本研究提出了一种非催化转化平台，旨在直接将果品种子转化为生物柴油，无需预先提取油脂。这一方法的核心在于使用一种非极性的酰基受体——二甲基碳酸酯（DMC）替代传统的甲醇，以提高反应的效率和可持续性。DMC不仅具有较低的毒性，而且其生物降解性优于甲醇，是一种更加环保的替代品。同时，DMC的非极性特性有助于改善与非极性油脂之间的质量传递，从而提升反应的速率和产率。

在实验过程中，研究人员选择了山桃（Prunus mume）种子作为研究对象，因为其油脂含量较高，约为30%至45%。通过对比实验，研究团队评估了不同催化方式对生物柴油产率的影响。结果显示，传统的碱催化甲醇酯交换反应在63℃下经过60分钟反应，仅能达到80.29%的生物柴油产率。相比之下，非催化甲醇转化方法在350℃下仅需1分钟即可获得90.02%的生物柴油产率，显示出更强的杂质容忍能力和更快的反应动力学。这一结果表明，非催化反应能够有效克服传统催化方法中因杂质引发的副反应，如皂化和水解，从而提高整体反应效率。

在非催化反应条件下，研究人员进一步使用DMC作为酰基受体进行实验。结果表明，在相同条件下，DMC的使用使生物柴油产率提高至95.26%。这一显著提升可能与DMC的非极性特性有关，其能够更有效地与油脂中的脂肪酸和甘油三酯进行反应，减少质量传递的限制。此外，DMC的使用也避免了传统催化方法中催化剂的引入，降低了生产过程的复杂性和对环境的影响。

值得注意的是，尽管非催化反应在高温度下表现出优异的产率，但直接将种子转化为生物柴油的产率却低于油脂提取后的转化产率。实验结果显示，在360℃下，直接种子转化仅能获得42.9%的生物柴油产率，而通过溶剂提取获得的油脂转化产率为33.9%。这表明，尽管非催化反应在一定程度上能够减少对油脂提取的依赖，但目前仍无法完全替代传统的提取过程。因此，未来的研究方向可能需要进一步优化反应条件，以提高直接种子转化的效率，同时确保其经济性和环境友好性。

从整体来看，本研究为生物柴油的可持续生产提供了一种新的思路。通过非催化反应直接转化果品种子，不仅减少了生产过程中的能源消耗和环境污染，还提高了原料的利用率。这一方法的成功实施将有助于推动交通运输行业的绿色转型，减少对化石燃料的依赖，同时为食品废弃物的资源化利用开辟新的途径。未来，随着技术的不断进步和反应条件的优化，非催化转化方法有望成为生物柴油生产的重要手段，为实现碳中和目标做出更大贡献。