使用一种一锅法磺化玉米芯催化剂，对从Datura stramonium种子油中生产生物柴油的过程进行了综合实验和生命周期评估

《Scientific Reports》：Integrated experimental and life cycle assessment of biodiesel production from Datura stramonium seed oil using a one-pot sulfonated corncob catalyst

　　

摘要

本研究采用一种一锅法磺化的玉米芯固体酸催化剂，对从Datura stramonium (DS)种子油中生产生物柴油的过程进行了实验与生命周期评估。该催化剂通过硫酸（H?SO?）同时进行水热碳化和磺化反应制备而成，其性质通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示含有-SO?H官能团；X射线衍射（XRD）结果表明其具有非晶碳结构；Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面分析测得其比表面积为1.53 m2/g，而催化剂酸度通过滴定法测定为1.79 mmol/g。通过优化酯化/转酯化工艺，在8.75 wt%的催化剂负载量、63.2°C的反应温度及4.8小时的反应时间内，实现了91.35%的转化率。本研究遵循ISO 14040/14044标准，使用Ecoinvent 3.11 APOS系统模型（集成在OpenLCA 2.5中）以及ReCiPe 2016 (H)方法，对整个生产过程进行了从摇篮到大门（cradle-to-gate）的生命周期评估（LCA），涵盖了18个关键环境影响指标。主要的环境问题集中在催化剂磺化、油脂提取及酯化过程中的电力和溶剂消耗上。17次实验运行的气候变化潜力范围为15.40 kg CO?-eq（最小影响）至84.75 kg CO?-eq（最大影响），陆地酸化效应范围为0.129 kg SO?-eq至0.239 kg SO?-eq。在优化条件下，实际产生的气候变化潜力为15.70 kg CO?-eq，陆地酸化效应为0.1306 kg SO?-eq，这表明在高转化率与低环境负担之间实现了平衡，从而证实了使用玉米芯衍生酸催化剂有助于实现可持续的生物柴油生产，促进循环型生物经济的发展。