无溶剂体系中大豆废油氧化改性及其在包膜肥中应用的初步研究

来源 :仲恺农业工程学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruocich
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废弃油脂为劣质油脂的统称,其来源丰富,包括餐饮行业、食品行业、食用油生产企业、皮革加工业等。废弃油脂不可食用,若处理不当会造成严重的环境污染,若直接进入流通领域,则会危害人民健康,因此,解决废弃油脂处理问题,变废为宝,减少环境污染,是当今社会亟待解决的热点问题。目前,废弃油脂已在生物柴油、表面活性剂、饲料、土壤修复剂、农药、包膜肥、增塑剂、树脂等方面有研究报道。但目前,包膜肥制备工艺复杂,成本高,制约了包膜肥的发展。以废油为原料制备包膜肥可在一定程度上解决包膜肥存在的问题,也能为废油循环利用找到新的出路。大豆废油产量大,且不饱和程度高,易于改性,因此,本论文以大豆废油为原料,通过环氧化、臭氧化改性,并经适当后处理,再以此为原料制备包膜肥。主要研究工作如下:(1)大豆废油环氧化改性:以大豆废油为原料,在无溶剂体系中以十六烷基三甲基溴化铵为相转移催化剂,H2O2为氧源,研究了固体磷钨酸催化废油的环氧化反应,并采用FTIR、1H NMR、13C NMR、TG对原料废油和产物进行了表征。结果表明:当H2O2与废油液料比为1:2 g/ml,m(废油):m(磷钨酸):m(十六烷基三甲基溴化铵)=1:0.012:0.008,H2O2在60℃体系中滴加反应2 h,环氧值达最大为4.24%,反应产物与原料相比,碳碳双键消失,环氧基产生,热稳定性增强,合成了环氧化油。(2)以磷酸改性环氧大豆废油,测定产物环氧值,并采用FTIR、TG和接触角对该产物进行表征。结果表明,添加磷酸于环氧大豆废油中,油的环氧值减小,粘度增大,疏水性增强,热稳定性增强,体系中产生磷酸酯类化合物。(3)常温条件下,使用臭氧处理大豆废油,测定产物的过氧化值和酸值,并通过粘度、TG、1H NMR、13C NMR和FTIR对臭氧化废油和原料废油进行结构和性能对比。结果表明,常温条件下,将废油进行臭氧处理时,油中过氧化值增大、酸值增大,粘度增大,热稳定性下降,疏水性增强。体系生成1,2,4-三氧杂环戊烷、醛以及低分子聚合物等物质,符合Criegee反应机理;对臭氧化废油以热处理,测试产物的酸值,并利用GPC、1H NMR、13C NMR、TG、FTIR和接触角对热处理臭氧化废油进行结构表征和性能测试。结果表明,热处理条件下,臭氧化废油中C=C减少,低聚物减少,过氧化物减小,酸值降低,1,2,4-三氧杂环戊烷和低分子聚合物分解,体系中形成-C-C-、-C-O-O-C或-C-O-C-为主链-的聚合物,分子量和分散度增大,疏水性增强。(4)分别以环氧废油、磷酸化环氧废油、臭氧化废油和热处理臭氧化废油为原料制备包膜肥,通过初期养分释放率对四种包膜肥进行评价,采用FTIR和SEM对效果优异的包膜肥进行表征,并对效果较好的二种包膜肥进行了田间试验。结果发现,以环氧废油为原料制备的包膜肥效果较差,初期养分释放率为100%;磷酸化环氧废油的试验显示,磷酸用量为环氧废油质量的0.1%,制得的包膜肥效果最佳,初期养分释放率为11.22%;臭氧化废油的试验表明,在常温条件下,当臭氧处理后,过氧化值达1046.07 mmol/kg时,该臭氧化油制得的包膜肥效果最佳,初期养分释放率为10.72%;热处理结果表明,臭氧化废油最佳的热处理条件为120℃加热12 h,此时制得的包膜肥初期养分释放率为8.32%。后三种包膜肥外表面均光滑,无机械杂质,符合GB/T 23348-2009《缓释肥料》对包膜肥外表的要求;膜层间以氢键相互作用,磷酸化环氧废油基包膜肥中氢键作用力最大,热处理臭氧化废油基包膜肥次之,臭氧化废油基包膜肥中最弱;SEM观察到三种包膜肥的膜层分别为180200μm、100130μm,180200μm,包膜肥的表面孔隙均较小,断面均连接紧密,为包膜肥的养分缓慢释放提供了必要的条件;田间试验以等质量的尿素为对照,对臭氧化废油基包膜肥和热处理臭氧化废油基包膜肥进行了种植玉米的试验,发现臭氧化废油基包膜肥的平均株产、每区平均产量、折合亩产量比对照组分别提高27.16%、27.13%、27.11%,热处理臭氧化废油基包膜肥分别提高49.63%,49.54%、49.56%。
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