随着传统能源的日益枯竭与人类生存环境的不断恶化，寻找替代能源已迫在眉睫。生物柴油作为一种环境友好的可再生能源，由于具有优良的环保特性，较好的低温发动机启动性能、润滑性能、安全性能以及良好的燃烧性能等，有望取代石化柴油成为新的替代燃料。然而在生物柴油迅猛发展的同时，副产物甘油也随之大量产生（每生产1 Kg生物柴油会产生0.1 Kg甘油），从而使得全球粗甘油市场价格急剧下降，因此，如何把副产物甘油转化为高附加值产品已成为新的关注点。
从左至右依次为郭峰、方真、龙运多
在甘油的各种生物和化学转化当中，热化学转化是一种日益受到关注的方法之一，其中在水热条件下甘油合成乳酸的研究方兴未艾。乳酸（Lactic acid）是21世纪最具有发展前景的有机酸之一，广泛地应用于制药、食品、皮革和纺织等工业当中。由乳酸聚合而成的聚乳酸（PLA）, 作为无毒、可降解、具有生物相容性的高分子材料, 已广泛应用于制造生物可降解塑料、绿色包装材料和医用修复材料等。
本课题组在此背景下，提出以固体硅酸钠为催化剂，联合催化油脂酯交换反应和副产物甘油水热反应，同时获得高产率生物柴油和乳酸的新工艺（见图1）
图1 生物柴油与乳酸的联产工艺示意图
联产工艺第一步：以植物油为原料,用硅酸钠（煅烧后）催化油脂与甲醇的酯交换反应制备生物柴油。催化剂用量3.0wt%，醇油比9/1，搅拌速率250r/min, 在低温60℃下反应60min，生物柴油得率可高达99.6%。催化剂重复使用6次，活性未有很明显下降。
联产工艺第二步：待催化剂活性下降后（使用6次），通过离心分离回收直接用于副产物甘油的水热合成反应，在300℃下反应90min，乳酸产率可达80.5%。若以纯甘油为原料，底物甘油基本转化完全，乳酸产率可达90.7%。工艺还考察了以粗甘油为原料时，乳酸产率达89.0%，其他组分（包括甲醇、少量皂和酯类等）对乳酸合成反应的影响并不明显。
与制备生物柴油常规催化剂(液体酸、碱)相比，煅烧硅酸钠（Na2SiO3）作为一种新型固体催化剂具备以下优点：价格低廉、制备简单、反应条件温和、催化活性高。与用液体碱（如氢氧化钾）水热条件下合成乳酸相比，Na2SiO3更利于从反应体系中分离，且水热反应时的初始浓度也小一半。
综上所述，即通过一种催化剂同时催化油脂酯交换反应和副产物甘油水热反应，从而实现生物柴油和乳酸的联产。本工艺在得到高产率生物柴油的同时，还充分、合理地利用了副产物甘油，不仅带来更大的经济效益，降低了生物柴油的生产成本，而且使整个生物柴油生产链变得更加完整，对生物柴油的可持续发展具有重大意义。
作者简介：
龙运多，中国科学院西双版纳热带植物园生物能源组、中国科学技术大学生命科学学院博士研究生；郭峰，中国科学院西双版纳热带植物园生物能源组助理研究员；方真，中国科学院西双版纳热带植物园生物能源组组长、研究员。
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