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以 廢 食 用 油 進 行 微 波 轉 製 生 質 柴 油 研 究指 導 老 師 : 藍 祺 偉學 生 : 林 崇 志系 別 : 化 學 工 程 與 材 料 科 學 學 系 四 年 級 A 班摘要生 質 柴 油 又 稱 生 物 柴 油 , 是 用 未 加 工 過 的 或 者 使 用 過 的 植 物 油 以 及 動 物 脂 肪通 過 不 同 的 化 學 反 應 所 產 製 出 來 的 一 種 被 認 為 相 當 環 保 的 生 質 燃 料 。 其 中 , 最 普遍 的 產 製 方 法 是 轉 酯 化 反 應 。 傳 統 製 程 是 以 加 熱 方 式 將 油 脂 與 醇 類 經 由 轉 酯 化 反應 而 生 成 生 質 柴 油 , 需 要 較 長 的 反 應 時 間 。 而 使 用 微 波 技 術 , 可 使 具 有 電 偶 極 的分 子 產 生 振 動 , 可 增 加 油 脂 分 子 與 醇 類 分 子 間 的 碰 撞 頻 率 , 進 而 提 升 反 應 速 率 ,使 反 應 時 間 縮 短 。 本 研 究 是 以 強 鹼 當 作 觸 媒 與 甲 醇 配 製 成 溶 液 , 和 食 用 油 ( 大 豆 油 )攪 拌 後 使 用 幫 浦 以 迴 流 的 方 式 輸 入 一 般 家 用 微 波 爐 系 統 中 使 其 反 應 , 由 實 驗 結 果可 以 發 現 , 在 醇 油 比 為 6:1 且 未 改 變 其 酸 價 以 100W 的 功 率 來 進 行 反 應 時 發 現 反應 9 分 鐘 時 可 得 到 較 高 轉 化 率 的 脂 肪 酸 甲 酯 (94.54%)。關 鍵 字 : 生 質 柴 油 、 轉 酯 化 、 微 波 反 應 器Using waste cooking oil to product biodiesel by microwave reactionsystemAbstractBiodiesel is a biomass fuel which produced from animal lipid or vegetable oilconsidered as an environmental protection source of energy. Transesterification is thegeneral technology for biodiesel production. The process of transesterification byconventional heating of the oil and alcohol to transfer triglyceride to fatty acid methylester (FAME). However, it is time consuming. The molecular which has electric dipole

moment can be vibrated and increased the collision frequency between the oil andalcohol molecules by using microwave irradiation. Such principle could be applied forFAME generation in respect of increasing the transesterification reaction rate anddecreasing the reaction time. In this study, alkali was employed as catalyst and mixedwell with methanol as well as vegetable/waste cooking oil to carry outtransesterification reaction in a simple microwave system. From the experimentalresults can be found the conversion rate of 94.54% FAME from soybean oil wasobtained at operation conditions of molar ratio of alcohol and oil 6:1, power strength of100W and 9 minutes of reaction time.

漸 加 溫 。 本 研 究 的 目 的 主 要 是 藉 由 一 般家 用 的 微 波 爐 作 為 反 應 器 , 來 探 討 不 同反 應 條 件 下 微 波 轉 酯 化 生 成 生 質 柴 油之 可 行 性 。材 料 與 方 法圖 一 所 示 ) 中 進 行 轉 酯 化 反 應 。 經 一 定的 反 應 時 間 , 以 固 定 的 間 隔 時 間 取 樣後 , 將 混 合 液 體 密 封 後 靜 置 待 其 分 層 。取 其 上 層 粗 糙 生 質 柴 油 部 份 做 後 續 純化 步 驟 。一 . 藥 品 原 料本 實 驗 最 主 要 是 用 大 豆 沙 拉 油 ( 統一 , 台 灣 )、 棕 梠 油 酸 (SIGMA, 美 國 )與 高 純 度 的 甲 醇 (SIGMA, 美 國 ), 並 以氫 氧 化 鈉 (SIGMA, 美 國 ) 為 催 化 劑 來 生產 生 質 柴 油 , 其 餘 未 提 及 之 藥 品 均 購 自SIGMA, 美 國 。圖 二 微 波 反 應 示 意 圖二 . 微 波 轉 酯 化 反 應 探 討先 取 出 一 個 待 實 驗 之 油 品 (375 mL)置 入 錐 形 瓶 中 , 接 著 加 入 定 量 的 鹼 觸 媒(3 g NaOH/375 mL oil) 預 混 合 之 甲 醇 溶液 X mL ( 依 不 同 醇 油 莫 耳 比 條 件 ), 放入 磁 石 置 於 磁 石 攪 拌 器 上 , 以 磁 石 攪 拌器 使 油 品 和 鹼 觸 媒 的 甲 醇 溶 液 得 以 在轉 酯 化 過 程 中 保 持 均 勻 混 合 。 加 入 後 立即 利 用 蠕 動 幫 浦 以 迴 流 的 方 式 將 錐 形瓶 中 油 品 與 鹼 觸 媒 的 甲 醇 溶 液 之 混 合液 體 輸 入 微 波 反 應 系 統 ( 大 同 , 台 灣 ,TMO 208MN, 輸 出 功 率 800W , 如條 件 操 作 中 , 以 改 變 不 同 的 變 因 ,包 含 甲 醇 溶 液 和 料 源 油 脂 比 例 ( 莫 爾比 ), 微 波 反 應 時 間 , 以 及 利 用 棕 梠 油酸 改 變 其 大 豆 油 之 酸 價 , 比 較 其 在 這 些不 同 條 件 下 生 質 柴 油 的 產 率 。反 應 結 束 後 , 將 粗 糙 生 質 柴 油 以 硫酸 中 和 之 , 以 去 除 多 餘 的 鹼 觸 媒 , 避 免其 再 與 液 體 中 油 脂 產 生 轉 酯 化 反 應 。 中和 後 , 以 去 離 子 水 將 其 水 洗 , 除 去 粗 糙生 質 柴 油 中 經 中 和 反 應 後 產 生 之 鹽 類與 多 餘 水 分 。 最 後 再 以 離 心 的 方 式 將 油品 中 其 他 多 餘 雜 質 去 除 純 化 之 樣 品 進行 脂 肪 酸 甲 基 酯 純 度 分 析 。

三 . 分 析 方 法三 .( 一 ) 脂 肪 酸 甲 基 酯 和 轉 化 率 分 析分 析 方 法 主 要 是 透 過 Aniglent6890N 氣 相 層 析 儀 (GC) 來 進 行 , 所 使用 的 管 柱 為 J&W DBWAX (length 30m、i.d.0.25mm、film 0.25μm), 測 試 的條 件 為 250℃ 維 持 20 分 鐘 , 注 射 口 的其 中 ΣA 表 示 C14~C24 脂 肪 酸 甲 酯 波 峰間 的 所 有 成 分 波 峰 之 積 分 總 面 積 ,A EI則 為 十 七 烷 酸 甲 酯 之 波 峰 面 積 ,C EI 則為 所 用 十 七 烷 酸 甲 酯 溶 液 之 濃 度(mgmL -1 ),V EI 為 所 用 十 七 烷 酸 甲 酯 溶液 之 體 積 (mL),m 為 樣 品 製 備 中 精 秤 之樣 品 量 (mg)。溫 度 為 220℃, 偵 測 器 的 類 型 為 FID 溫度 為 250℃。生 質 柴 油 主 要 是 藉 由 氣 相 層 析 儀(GC) 來 進 行 其 純 度 的 分 析 , 而 本 實 驗 中所 採 取 的 方 法 為 CNS15051 油 脂 衍 生 物( 脂 肪 酸 甲 酯 )- 總 脂 肪 酸 甲 酯 及 次 亞 麻油 酸 甲 酯 含 量 測 定 法 , 此 方 法 主 要 是 利用 濃 度 為 (10 mgmL -1 ) 的 十 七 烷 酸 甲 酯作 為 內 標 物 , 將 其 加 入 待 分 析 的 樣 品中 , 再 經 由 GC 分 析 後 的 波 峰 面 積 比 較計 算 後 得 出 生 質 柴 油 的 純 度 , 分 析 方 法為 取 50 mg 之 待 分 析 樣 品 並 加 入 1 mL的 十 七 烷 酸 甲 酯 來 進 行 分 析 , 而 純 度 的計 算 公 式 如 (1) 式 :純 度 反 應 後 所 得 生 質 柴 油轉 化 率 100%理 論 產 值(2)三 .( 二 ) 酸 價 的 測 定因 為 油 暴 露 在 空 氣 中 會 氧 化 產 生酸 敗 的 現 象 進 而 影 響 油 的 品 質 , 我 們 可藉 由 酸 價 的 測 定 來 得 之 油 品 的 酸 敗 程度 一 般 而 言 酸 價 越 高 代 表 油 的 品 質 越差 , 酸 價 的 定 義 為 : 中 和 一 克 油 脂 中 油離 脂 肪 酸 所 需 的 KOH 毫 克 數 。 其 測 定方 法 為 : 以 0.01 N KOH/ethanol 溶 液 做為 滴 定 標 準 液 , 接 著 再 以 1:1 的 體 積 比將 95% 乙 醇 與 乙 醚 混 合 做 為 溶 劑 , 依 比( A) AC AEIEICEIVmEI100%(1)例 秤 取 樣 品 加 入 試 劑 中 , 並 滴 入 2~3 滴的 酚 酞 指 示 劑 以 先 前 的 標 準 液 進 行 滴定 , 最 後 記 錄 下 滴 定 液 的 用 量 再 藉 由 式