文其云

(九江職業(yè)大學(xué) 江西九江 332000)

芻議生物油的分離與精制研究

文其云

(九江職業(yè)大學(xué) 江西九江 332000)

隨著社會不斷的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活極大地豐富了，當(dāng)然也帶來了資源的過度開發(fā)與使用，為了能夠找到代替常規(guī)燃料的有效途徑和方法，世界各國開始對可再生資源進(jìn)行研究。其中，生物油經(jīng)過精制可轉(zhuǎn)化為代替石油的常規(guī)燃料。本文在分析生物油特征基礎(chǔ)上，對生物油的分離精制技術(shù)進(jìn)行評述。希望通過本文的研究可以提高生物油的分離與精制水平。

生物質(zhì)；生物油；分離；膜分離

隨著化石能源的日益短缺和人們對環(huán)境問題認(rèn)識的不斷提高，世界各國開始研發(fā)新能源以代替常規(guī)化石燃料，開發(fā)綠色環(huán)境可持續(xù)能源成為當(dāng)前能源開發(fā)的熱題。生物質(zhì)具有可再生、廉價(jià)易得、儲量比較豐富、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，生物資儲量豐富，是潔凈的可以再生的資源，是唯一轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源，越來越受到人們的青睞。

一、生物油的性質(zhì)

生物質(zhì)迅速熱解液化的核心技術(shù)就是反應(yīng)器，它類型和加熱方式?jīng)Q定最終的產(chǎn)物分布。在這種快速加熱的條件下，生物質(zhì)通過熱裂解而制得生物油，在熱裂解過程中，由于高溫環(huán)境下的反應(yīng)而生成低分子有機(jī)物蒸氣，這種蒸汽經(jīng)過物理作用下的快速冷卻而制得液體生物油。通過這種方式制得的生物油雖然其碳鏈長短不一，主要成分是碳?xì)浠衔?，液體生物油內(nèi)的成分比較復(fù)雜，但是目前來看已知有機(jī)物就達(dá)幾百多種。由于它們的受熱程度不穩(wěn)定，屬于一種寬沸點(diǎn)混合物，在很多工業(yè)與機(jī)械當(dāng)中都可以得到一定的推廣和應(yīng)用。在這種生物油制備的基礎(chǔ)上，很多國家的研究者為了提高生物油的品質(zhì)和質(zhì)量方面作了大量的研究。當(dāng)然，其運(yùn)行中存在設(shè)備復(fù)雜、成本高和容易結(jié)焦等缺點(diǎn)，在利用上受到了一定程度上的限制。

二、生物油分離精制技術(shù)

1.膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是指在分離與精制生物油的過程中，利用通過半透膜時(shí)選擇生物油分子透過性的特點(diǎn)分離、濃縮和純化生物油的技術(shù)。這種膜分離技術(shù)可以在常溫下進(jìn)行，通過這種方法制得的生物油包含的有效成分比較多，可以應(yīng)用于很多相關(guān)設(shè)備與機(jī)械當(dāng)中去。相比較常其他生物油制取技術(shù)，這種膜分離技術(shù)具有較好的選擇性，可在分子級內(nèi)對物質(zhì)進(jìn)行分離。Masaki研究的水溶液制備生物油技術(shù)通過分離出生物質(zhì)后，再通過常規(guī)高溫技術(shù)中的熱蒸汽對生物油進(jìn)行具體分解。通過這種分離方法，可以把聚酰胺膜反滲透來進(jìn)行分離，把生物油中的酚類和丙酮被硅橡膠膜進(jìn)行成功的滲透分離；在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行過熱，促使蒸汽高溫分解水溶液能夠有效來濃縮。把生物質(zhì)過熱蒸汽高溫分解的水溶液濃度提高的時(shí)候，水溶液就會發(fā)生相分離反映是在滲透汽化膜、反滲透膜的作用下。Sagne在研究反滲透膜下對化合物吸附狀況的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，薄膜沒有把乙酸和2，3一丁二醇吸附，而把糠醛、2一苯乙醇強(qiáng)力吸附是比較符合模型的?？啡┖鸵宜岬耐ㄟ^(40%～70%)的較高和2，3一丁二醇和2一苯乙醇通過率(2%～20%)較低是由吸附作用以及溶質(zhì)相對分子質(zhì)量差異所引起的。在膜分離制備生物油的過程中，具有相對分子質(zhì)量以及中等吸附作用的丁酸，其合格率大約占到百分之二十或百分之三十左右。但是，根據(jù)作者所了解到的，這種膜分離技術(shù)應(yīng)用到生物油分離與應(yīng)用過程中的相關(guān)案例還很少。所以，在將技術(shù)掌握純熟的基礎(chǔ)上，將膜分離技術(shù)應(yīng)用到生物油分離與精制的實(shí)際操作過程中，應(yīng)該具有較高的潛在價(jià)值。

2.蒸餾技術(shù)

在常規(guī)燃料的提純過程中，蒸餾技術(shù)是最常用的分離手段之一，是一種應(yīng)用廣泛和比較成熟的技術(shù)。蒸餾技術(shù)利用液體混合物中不同成分所具有不同揮發(fā)點(diǎn)的特點(diǎn)，將不同揮發(fā)物質(zhì)分別提煉到相應(yīng)的分類物質(zhì)內(nèi)。蒸餾技術(shù)在分離液體混合物的過程中具有非常重要實(shí)際意義，這種分離技術(shù)在分離混合物中的操作技術(shù)也非常重要，需要專業(yè)人員和有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來完成。一般在常壓狀態(tài)下，生物油是在低于100℃開始沸騰的，在250～280℃停止蒸發(fā)，通過多種分離與蒸發(fā)后，剩下的物質(zhì)質(zhì)量占到總成分的一半或三分之一左右。在生物油的蒸餾制備過程中，生物油蒸餾與傳統(tǒng)石油蒸餾是有差異的，如果采用較高的操作溫度就會導(dǎo)致生物油聚合、增稠就會被逐漸炭化。因此，常用生物油分離蒸餾是分子蒸餾、減壓蒸餾以及蒸汽蒸餾的好方法。

生物油是被減壓蒸餾在較低溫度下來進(jìn)行分離，避免了部分生物油在蒸餾中聚合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大分子的化合物。生物油粗分主要是由減壓蒸餾技術(shù)做的，可以分離出小分子的水、醇、酸等。

3.分子蒸餾技術(shù)

分子蒸餾技術(shù)是利用不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)差別來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)分離的。它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠沸點(diǎn)差分離原理，分子蒸餾技術(shù)是在高真空下操作的，在這種情況下，由于不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動(dòng)距離不同，利用蒸發(fā)表面與冷凝表面之間的距離差，利用料液中各組分蒸發(fā)速率差異對液體混合物來進(jìn)行分離；這種分離技術(shù)主要是利用分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別來實(shí)現(xiàn)分離。分子蒸餾具有物料受熱時(shí)間短、真空度高、蒸餾溫度低，操作工藝較簡單等特征。分子蒸餾與常規(guī)蒸餾技術(shù)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在它能分離不容易被分離的常規(guī)蒸餾物質(zhì)。Wang利用KDL一5分子蒸餾儀，把流化床快速熱解生物質(zhì)產(chǎn)生的生物油分離分為輕質(zhì)、中質(zhì)和重質(zhì)三種。在分子蒸餾過程中，根據(jù)分析物理的特性來看，輕質(zhì)組分有很強(qiáng)酸性，是由水組成，且穩(wěn)定性差但是流動(dòng)性較好；中質(zhì)組分活性比較低，水含量較少，占生物油的一小部分；重質(zhì)組分與黑色固體十分相像，不含揮發(fā)的水分，并且具有較高的熱值。伴隨著蒸餾溫度的增加，蒸餾物產(chǎn)量和重質(zhì)組分的熱量也隨之增加。

此外，分子蒸餾在生物油的選擇性處理上也有所實(shí)用，它相比較蒸餾技術(shù)，無論是在生物油的分離，還是在精致過程中都有顯著的優(yōu)勢。但是由于生物油成分的復(fù)雜性，在制備生物油的過程中需要對粗分物做進(jìn)一步精餾處理的純化學(xué)品。

4.超臨界萃取技術(shù)

超臨界萃取是指超臨界萃取所用的萃取劑為超臨界流體，即這種流體溶解能力通過利用壓力和溫度影響來進(jìn)行分離的一種萃取技術(shù)，這種物質(zhì)只能在其溫度和壓力超過臨界點(diǎn)時(shí)才能存在。在這種狀態(tài)下，將超臨界流體以及待分離的物質(zhì)緊密相接觸，只需改變萃取劑流體的壓力和溫度，就可以先后萃取出來，被萃取的物質(zhì)則基本上取出，從而達(dá)到分離提純。超臨界萃取可以在接近室溫35攝氏度到40攝氏度下進(jìn)行提取，溫度的變化體現(xiàn)在影響萃取劑的密度與溶質(zhì)的蒸汽壓兩個(gè)因素。超臨界萃取流體介質(zhì)很多，目前廣泛選用CO2作為超臨界萃取溶劑，主要因?yàn)镃O2具有與常溫接近，且能有效地萃取易揮發(fā)性物質(zhì)等特點(diǎn)；所以在現(xiàn)實(shí)中有較廣泛的應(yīng)用。

在目前超臨界萃取技術(shù)應(yīng)用的過程中，還沒有見到有關(guān)將CO2運(yùn)用到實(shí)際的生物油分離與精練的操作過程中，但生物油中的許多化合物已經(jīng)被證明可被超臨界CO2萃取。在生物油的分離與精煉過程中，由于超臨界CO2操作溫度低，適應(yīng)于熱敏性的生物油的分離。所以，這種技術(shù)在生物油的分離與精煉過程中的應(yīng)用是受到相關(guān)技術(shù)的限制的，這也是超臨界萃取技術(shù)不能夠廣泛應(yīng)用的原因之一。

5.色譜分離技術(shù)

色譜分離也叫層析分離，色譜是非常重要而且常用的一種技術(shù)，它是利用不同物質(zhì)在由固定相和流動(dòng)相構(gòu)成的體系中具有不同的分配系數(shù)，從而達(dá)到分離技術(shù)。常用的色譜分離方法有以下幾種：第一，凝膠過濾，這種分離技術(shù)是當(dāng)生物油溶液經(jīng)過色譜柱時(shí)按不同分子量進(jìn)行篩分的方法分離。第二，親和色譜，親和色譜是分離生物大分子最為有效的色譜技術(shù)，是特異性配體親和色譜法。它是根據(jù)生物大分子和配體之間的特異性親和力進(jìn)行分離的一種色譜技術(shù)。第三，離子交換色譜，這種方法是指離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應(yīng)進(jìn)行，或者借助其吸附作用進(jìn)行而獲得的分離技術(shù)。第四，聚焦色譜，這種色譜分離技術(shù)原理一般是從蛋白質(zhì)的行為和聚焦效應(yīng)、PH梯度溶液的形成三方面來進(jìn)行操作完成的。

在生物油的分離與精制研究過程中，由于其體系具有復(fù)雜性特點(diǎn)，所以很多國家在這方面的研究還處于初級階段，還有很長的路要走。只有將生物油的分離與精煉技術(shù)繼續(xù)研究與開發(fā)，才能使得清潔能源逐漸代替化石能源，才能將能源利用與環(huán)境保護(hù)更好的結(jié)合起來。

[1]嚴(yán)陸光,陳俊武.中國能源可持續(xù)發(fā)展若干重大問題研究[M].北京:科學(xué)出版社,2007．

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Abstract: In this paper, using the literature material method, test method, mathematical statistics, tested 90 male and female college students' height, weight and steps of the experiment. Shows a correlation between male and female college students step index and weight is not high, but and is highly correlated to the height index. In current the steps of the experiment to evaluate different height individual function of cardiovascular system is relatively rough.

Key words: height; weight; lower limb strength; the step experiment; correlation

［責(zé)任編輯：周 天］

圖4 女子組體重與臺階實(shí)驗(yàn)相關(guān)散點(diǎn)圖

對測試結(jié)果進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，男子組和女子組的體重與臺階實(shí)驗(yàn)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果均為負(fù)值，女子組的體重與臺階指數(shù)有顯著性負(fù)相關(guān)(-0.643)；而男子組的體重與臺階指數(shù)不相關(guān)(-0.292)。這個(gè)結(jié)果要從體成分的角度來分析，體重超重可能由脂肪超重或肌肉超重共同造成。多數(shù)人體重超重可能由脂肪超重造成，但有過運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷的人體重超重，就有可能是由肌肉超重引起的。

三、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

(1)男子、女子臺階指數(shù)與身高呈高度正相關(guān)，所以，用臺階實(shí)驗(yàn)評價(jià)身高不同受試者的心血管系統(tǒng)功能水平是不適宜的。

(2)男大學(xué)生臺階指數(shù)與體重不相關(guān)，但女大學(xué)生臺階指數(shù)與體重呈高度負(fù)相關(guān)。因此，受試者的體重指標(biāo)不是影響臺階實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素，但體成分是影響臺階指數(shù)準(zhǔn)確性的一個(gè)重要因素。

2.建議

(1)建議采用活動(dòng)式臺階實(shí)驗(yàn)，根據(jù)個(gè)體的特點(diǎn)把膝高定為臺階高度來完成實(shí)驗(yàn)，由于個(gè)體之間的膝高因人而異，采用相對于自身的高度，可使不同的身高指標(biāo)對臺階實(shí)驗(yàn)的影響減小。

(2)要清醒地看到臺階實(shí)驗(yàn)存在的隱性問題，加強(qiáng)對臺階實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和應(yīng)用的研究，以使臺階實(shí)驗(yàn)在我國的應(yīng)用更加科學(xué)有效，更好地服務(wù)于我國的全民健身和學(xué)校體育實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

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Research on separation and perfection of bio-oil

Wen Qi-yun
(Jiujiang Vocational College, Jiujiang Jiangxi, 332000, China)

With the development of the society constantly, people's material life greatly enriched, of course also brought the excessive exploitation and use of resources, in order to be able to find an effective way to replace conventional fuels and method, countries around the world began to study of renewable resources. Among them, the biological oil after refining can be converted into instead of conventional fuel oil. This paper analyzes the characteristics of bio-oil and the separation of biological oil refining technology. Hope to improve the level of separation and perfection of bio-oil.

biomass; biological oil; separation; membrane separation

［責(zé)任編輯：周 天］

The experimental correlation research on height and weight, and lower limb strength and steps——take 2013students in Jilin Institute of Physical Education for example

Niu Wei
(Jilin Institute of Physical Education Human Movement Science Experiment Center, Changchun Jilin, 130022, China)

TQ519

A

1000-9795(2014)012-000169-02

文其云(1972-)，女，漢族，湖南湘潭人，九江職業(yè)大學(xué)講師，研究方向：生物學(xué)教育。