CN103694200B - 餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物加工领域，特别涉及餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法。本发明以餐厨废弃物油脂为原料，来源广泛，成本低，可再生，既满足了工业生产的需要，又减少了对环境和人们健康的危害，符合绿色环保的要求，是很好的石油制品的替代品；环氧化过程中不需加入任何酸性催化剂和稳定剂，这就避免了由酸性催化剂促进环氧环开环的可能，从而提高了环氧值，生产简单，成木低;该项目产品可生物降解，不污染环境。该可产品广泛应用于塑料和橡胶等制品中。加入该增塑剂后，能提高产品的柔韧度、光泽度、耐寒性、热和光稳定性，并能减少稳定剂的用量；使用效果明显优于环氧大豆油，与DOP、DBP具有相同的增塑效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物加工领域，特别涉及餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法。
背景技术
在城市进程中，垃圾作为代谢的产物曾经是城市发展的负担，世界许多城市均有垃圾围城的局面。而如今垃圾被认为最具开发潜力的、永不枯绝的“城市矿藏”是“放错地的资源”，这是对垃圾认识的深入和深化，也是城市发展必然要求。
生活垃圾指城市垃圾中由居民排弃的各种废弃物，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。分为四类：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其它垃圾。可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等；厨余垃圾和市场垃圾包括剩茶剩饭、骨头、菜根、菜叶变质的食品、鸡、鸭、鱼的内脏等食品废物；有害垃圾包括电池、废日光灯、废水银温度计、过期药品等；其它垃圾是除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收再利用的废弃物。
全世界垃圾平均增长速度为8.42%，而中国垃圾增长率达到10%，全世界每年产生4.9亿吨垃圾，仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾，其中餐厨垃圾约占城市生活垃圾的30～40%，而其中很大部分为餐厨废弃物油脂。中国城市生活垃圾累积堆成量己达70亿吨。在如此巨大的垃圾压力下，有理由相信垃圾处理产生会成为未来国内的明星产业。
随着国民经济的发展，垃圾处理已提放到各级政府的议事日程之上，传统的垃圾处理具有运行成本高，产出小，填埋完全无产出等问题，即使政府投资建设，每年的高额运行费用也会成为地方政府的巨大负担。我国目前垃圾的处理方法填埋和焚烧为主要手段，垃圾填埋需要占据大量的土地，在城市和工业化的时代，土地资源的告急，这一条路也并不是捷径，而且易产生二次污染，浪费宝贵资源。
增塑剂约占化工助剂市场的58%，其具体产品包括邻苯二甲酸酯(DOP)、脂肪族二元酸酯、磷酸酯环氧化合物、偏苯三酸酯、石油酯、含氯增塑剂、聚合增塑剂等。目前增塑剂年消费量很大，随着塑料、橡胶行业的发展，市场需求量呈上升趋势。上述的增塑剂大多含有苯环，有毒且不易降解，在使用或生产过程中，会对环境和健康造成危害，使用范围受到限制。至今，无毒环保型增塑剂还很少，所占比例不足10%，主要为环氧类增塑剂，如环氧油和环氧酯。目前也有相关的文献和报道，如利用大豆油、亚麻油、棉籽油、菜子油、米糠油等为原料，经环氧化获得无毒可降解的环氧增塑剂；还有利用脂肪酸酯类为原料，在催化剂和稳定剂的作用下，进行环氧化制备环氧增塑剂。但是它们有以下缺点:①以植物油为原料，生产成本较高；②环氧化过程中，加入酸性催化剂及稳定剂，产品的环氧值降低，影响产品的增塑效果，而且生产工艺复杂，后处理困难。
因此，提供一种餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法具有现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法。本发明以餐厨废弃物油脂为原料，来源广泛，成本低，可再生，既满足了工业生产的需要，又减少了对环境和人们健康的危害。该方法简单利于工业化大生产，有效利用了餐厨废弃物油脂。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法，包括如下步骤：
步骤1：取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.3～1.5；
步骤2：取处理油脂与氢氧化钠和甲醇混合后搅拌，经第一反应后静置，制得脂肪酸甲酯；
步骤3：取脂肪酸甲酯，搅拌，升温至45-55℃，再与过氧化氢经第二反应，即得。
作为优选，处理油脂、氢氧化钠和甲醇的质量比为100:0.25～0.75:10～15。
作为优选，步骤2中第一反应的温度为60～64℃。
作为优选，步骤2中第一反应的时间为20-30min。
作为优选，步骤2中静置时间为25～35min。
作为优选，步骤3中第二反应的温度为50～55℃。
作为优选，步骤3中第二反应的时间为2.5～3h。
作为优选，步骤3中脂肪酸甲酯与过氧化氢的质量比为100:35～45。
本发明还提供了一种餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂的方法，包括如下步骤：
步骤1：取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.3～1.5；
步骤2：取处理油脂与氢氧化钠和甲醇混合后搅拌，经第一反应后静置，制得脂肪酸甲酯；
步骤3：取脂肪酸甲酯，搅拌，升温至45-55℃，再与过氧化氢经第二反应，制得环氧脂肪酸甲酯；
步骤4：取环氧脂肪酸甲酯，与氢氧化钠水溶液混合pH值为6.5～7.5，水洗，蒸馏，即得。
作为优选，处理油脂、氢氧化钠和甲醇的质量比为100:0.25～0.75:10～15。
作为优选，步骤2中第一反应的温度为60～64℃。
作为优选，步骤2中第一反应的时间为20-30min。
作为优选，步骤2中静置时间为25～35min。
作为优选，步骤3中第二反应的温度为50～55℃。
作为优选，步骤3中第二反应的时间为2.5～3h。
作为优选，步骤3中脂肪酸甲酯与过氧化氢的质量比为100:35～45。
作为优选，氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的浓度为10～15%。
在本发明的一些实施例中，餐厨废弃物包括：
各大、中、小餐馆的厨优质产品，包括潲水，骨头、残羹冷炙、废弃的菜叶、茎杆及根须；
或各食品加工厂的下脚料以及变质、腐败的肉制品；
或各屠宰厂垃圾，包括遗弃的内脏、皮、毛；
或菜市场的动物垃圾，包括鸡、鸭、鱼的内脏、皮、毛。
本发明提供了一种餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法。本发明以餐厨废弃物油脂为原料，来源广泛，成本低，可再生，既满足了工业生产的需要，又减少了对环境和人们健康的危害，符合绿色环保的要求，是很好的石油制品的替代品；环氧化过程中不需加入任何酸性催化剂和稳定剂，这就避免了由酸性催化剂促进环氧环开环的可能，从而提高了环氧值，生产简单，成木低;该项目产品可生物降解，不污染环境。该可产品广泛应用于塑料和橡胶等制品中。加入该增塑剂后，能提高产品的柔韧度、光泽度、耐寒性、热和光稳定性，并能减少稳定剂的用量；使用效果明显优于环氧大豆油，与DOP、DBP具有相同的增塑效果。
具体实施方式
本发明公开了一种餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供的餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法中所用原料均可由市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（菜市场的动物垃圾，包括鸡、鸭、鱼的内脏、皮、毛）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.3；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.25:15混合后搅拌，在64℃的条件下经第一反应20min后静置35min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至45℃，再与过氧化氢按照质量比为100:35混合，于55℃经第二反应2.5h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.3%，酯含量为99.5%。
实施例2餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各屠宰厂垃圾，包括遗弃的内脏、皮、毛）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.5；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.75:10混合后搅拌，在60℃的条件下经第一反应30min后静置25min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至55℃，再与过氧化氢按照质量比为100:40混合，于50℃经第二反应3h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.5%，酯含量为99.6%。
实施例3餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各食品加工厂的下脚料以及变质、腐败的肉制品）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.4；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.5:12混合后搅拌，在62℃的条件下经第一反应25min后静置30min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至50℃，再与过氧化氢按照质量比为100:38混合，于52℃经第二反应2.9h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.1%，酯含量为99.3%。
实施例4餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各大、中、小餐馆的厨优质产品，包括潲水，骨头、残羹冷炙、废弃的菜叶、茎杆及根须）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.5；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.75:13混合后搅拌，在61℃的条件下经第一反应26min后静置28min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至48℃，再与过氧化氢按照质量比为100:45混合，于53℃经第二反应2.8h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.6%，酯含量为99.8%。
实施例5餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各大、中、小餐馆潲水）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.4；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.75:15混合后搅拌，在62℃的条件下经第一反应25min后静置32min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至52℃，再与过氧化氢按照质量比为100:35混合，于54℃经第二反应2.5h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.5%，酯含量为99.7%。
实施例6餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（菜市场的动物垃圾，包括鸡、鸭、鱼的内脏、皮、毛）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.3；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.25:10混合后搅拌，在63℃的条件下经第一反应22min后静置27min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至47℃，再与过氧化氢按照质量比为100:43混合，于51℃经第二反应3h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.4%，酯含量为99.6%。
实施例7餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各大、中、小餐馆的废弃的菜叶、茎杆及根须）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.3；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.6:11混合后搅拌，在60℃的条件下经第一反应28min后静置31min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至50℃，再与过氧化氢按照质量比为100:37混合，于50℃经第二反应3h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.5%，酯含量为99.8%。
实施例8餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各屠宰厂垃圾，包括遗弃的内脏、皮、毛）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.4；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.5:14混合后搅拌，在60℃的条件下经第一反应24min后静置30min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至52℃，再与过氧化氢按照质量比为100:42混合，于55℃经第二反应2.5h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.4%，酯含量为99.8%。
实施例9餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各大、中、小餐馆的残羹冷炙）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.5；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.7:12混合后搅拌，在62℃的条件下经第一反应27min后静置25min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至45℃，再与过氧化氢按照质量比为100:38混合，于53℃经第二反应2.7h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.2%，酯含量为99.9%。
实施例10餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各食品加工厂的下脚料以及变质、腐败的肉制品）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.3；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.55:15混合后搅拌，在63℃的条件下经第一反应25min后静置35min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至55℃，再与过氧化氢按照质量比为100:40混合，于54℃经第二反应2,6h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.5%，酯含量为99.7%。
实施例11餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各大、中、小餐馆的骨头）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.5；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.5:10混合后搅拌，在64℃的条件下经第一反应21min后静置32min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至50℃，再与过氧化氢按照质量比为100:35混合，于52℃经第二反应2.8h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.1%，酯含量为99.4%。
实施例12餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯
收集餐厨废弃物（各大、中、小餐馆潲水）；
取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，处理油脂的酸值为1.4；
取制得的处理油脂与氢氧化钠和甲醇按照质量比为100:0.4:15混合后搅拌，在64℃的条件下经第一反应26min后静置29min，制得脂肪酸甲酯；
取制得的脂肪酸甲酯，搅拌，升温至55℃，再与过氧化氢按照质量比为100:45混合，于55℃经第二反应2.5h，即得产物。经质谱检测，产物即为环氧脂肪酸甲酯，收率为99.5%，酯含量为99.7%。
实施例13餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例1制得的环氧脂肪酸甲酯，与10%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为6.8，水洗，蒸馏，即得。
实施例14餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例2制得的环氧脂肪酸甲酯，与15%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为6.5，水洗，蒸馏，即得。
实施例15餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例3制得的环氧脂肪酸甲酯，与12%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为7.5，水洗，蒸馏，即得。
实施例16餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例4制得的环氧脂肪酸甲酯，与13%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为7.0，水洗，蒸馏，即得。
实施例17餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例5制得的环氧脂肪酸甲酯，与14%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为6.8，水洗，蒸馏，即得。
实施例18餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例6制得的环氧脂肪酸甲酯，与12%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为6.5，水洗，蒸馏，即得。
实施例19餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例7制得的环氧脂肪酸甲酯，与13%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为7.5，水洗，蒸馏，即得。
实施例20餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例8制得的环氧脂肪酸甲酯，与14%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为7.0，水洗，蒸馏，即得。
实施例21餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例9制得的环氧脂肪酸甲酯，与11%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为6.8，水洗，蒸馏，即得。
实施例22餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例10制得的环氧脂肪酸甲酯，与15%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为7.2，水洗，蒸馏，即得。
实施例23餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例11制得的环氧脂肪酸甲酯，与10%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为6.5，水洗，蒸馏，即得。
实施例24餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂
取实施例12制得的环氧脂肪酸甲酯，与13%氢氧化钠水溶液混合，使得pH值为7.5，水洗，蒸馏，即得。
实施例25本发明制得的增塑剂的效果试验
在塑料和橡胶等制品中，加入本发明实施例13至24制得的增塑剂后，能显著提高产品的柔韧度、光泽度、耐寒性、热和光稳定性，并能减少稳定剂的用量；使用效果明显优于环氧大豆油，与DOP、DBP具有相同的增塑效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种餐厨废弃物油脂制备环氧脂肪酸甲酯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，所述处理油脂的酸值为1.3～1.5；
步骤2：取所述处理油脂与氢氧化钠和甲醇混合后搅拌，经第一反应后静置，制得脂肪酸甲酯；
步骤3：取所述脂肪酸甲酯，搅拌，升温至45-55℃，再与过氧化氢经第二反应，即得；
所述处理油脂、氢氧化钠和甲醇的质量比为100:0.25～0.75:10～15；
步骤2中所述第一反应的温度为60～64℃；
步骤2中所述第一反应的时间为20-30min；
步骤3中所述第二反应的温度为50～55℃；
步骤3中所述第二反应的时间为2.5～3h；
步骤2中所述静置时间为25～35min；
步骤3中所述脂肪酸甲酯与所述过氧化氢的质量比为100:35～45。
2.一种餐厨废弃物油脂制备生物增塑剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取餐厨废弃物油脂除杂后经分子蒸馏，获得处理油脂，所述处理油脂的酸值为1.3～1.5；
步骤2：取所述处理油脂与氢氧化钠和甲醇混合后搅拌，经第一反应后静置，制得脂肪酸甲酯；
步骤3：取所述脂肪酸甲酯，搅拌，升温至45-55℃，再与过氧化氢经第二反应，制得环氧脂肪酸甲酯；
步骤4：取所述环氧脂肪酸甲酯，与氢氧化钠水溶液混合pH值为6.5～7.5，水洗，蒸馏，即得；
所述处理油脂、氢氧化钠和甲醇的质量比为100:0.25～0.75:10～15；
步骤2中所述第一反应的温度为60～64℃；
步骤2中所述第一反应的时间为20-30min；
步骤3中所述第二反应的温度为50～55℃；
步骤3中所述第二反应的时间为2.5～3h；
步骤2中所述静置时间为25～35min；
步骤3中所述脂肪酸甲酯与所述过氧化氢的质量比为100:35～45；
所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的浓度为10～15％。
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