能源和环境问题,是目前人类所面临的两大问题,如何处理好两者的关系,实现环境友好型能源的开发已成为人类亟待解决的问题。工业生物技术的飞跃发展已解决大量传统行业的瓶颈问题,因而,以工业生物技术为基础的生物质能源制造技术必将成为能源和环境协同发展问题的最终解决方案。生物液体燃料,作为生物质能源的主要形式之一,目前逐步被接受及应用,其高效、环保的制备工艺开发已成为当前生物质能源研究的热点之一。我国城市餐饮废油基数大,近年来已影响到食品安全。开发绿色高效的城市餐饮废油生物液体燃料制备方案迫在眉睫。由于城市餐饮废油批次差异大、组成复杂、杂质较多,导致常规化学转化难度大,成本高,且制备的生物液体燃料品质较差。基于此,针对目前城市餐饮废油酶催化制备生物柴油催化剂脂肪酶易失活,催化成本较高的问题,本论文以实验室自主开发的Candida sp.99-125脂肪酶为催化剂,开发了葡萄糖辅助脂肪酶催化生产生物柴油新型生产工艺,实现了脂肪酶催化寿命的延长,催化成本降低。同时,针对餐饮废油所制备的生物柴油分子中含氧量高,能量密度低,无法作为高品质航空燃料使用的问题,本研究基于原料性质,设计合成了针对性加氢脱氧、加氢异构-裂解催化剂,并开发了由餐饮废油脂肪酸甲酯制备生物航空燃料的一步法工艺,较传统工艺加氢脱氧效率、异构-裂解选择性明显增加。具体研究内容如下：1、在保证脂肪酶高效催化合成生物柴油的前提下,为进一步降低催化剂成本,本论文开发了葡萄糖辅助Candida sp.99-125脂肪酶催化生产生物柴油反应体系,其最优反应条件为：酶用量为40 U/g地沟油,水含量2%,葡萄糖助剂添加量为酶量等重,甲醇加入量为理论摩尔比,反应温度40℃,于24小时内分6次加入,200转/分摇床混合。该工艺使酶催化反应催化剂成本较现有工艺降低了15%。同时,完成了该工艺200 L,5,000 L及10,000 L体系的逐级放大,并最终建立了30,000吨/年的工业生产线,生物柴油转化率稳定在90%左右,精馏分离后的生物柴油产品符合BD100标准要求。同时,本论文开发了可作为低速柴油机燃料使用的低成本(195元/吨产品)酶法生物柴油反应液免精馏处理工艺,该工艺成本仅为精馏成本的17.6%,产品可使低速柴油发动机连续稳定运行100小时以上。2、由于城市餐饮废油中饱和脂肪酸含量较高,导致其生物柴油产品品质,特别是低温冷滤性质较差,这大大限制了餐饮废油来源的生物柴油的应用。基于此,本论文研究了通过调整生物柴油分子组成改善生物柴油低温冷滤性质的两种方法：脂肪酸尿素包合分离-异丙酯化方法和合成餐饮废油杂醇酯方法。其中,脂肪酸尿素包合分离-异丙酯化方法成功将生物柴油冷滤点由5℃降低至-3℃,同时,对该体系进行分子动力学模拟发现,异丙酯化后体系中分子平均间距变大,降温过程中分子间聚集效应减弱,低温冷滤性质得到改善。本研究还寻找到了一种低成本支链醇来源—杂醇油,并首次通过脂肪酶催化合成了餐饮废油杂醇酯,制备得到的脂肪酸杂醇酯冷滤点为-11℃,较相同原料甲酯冷滤点下降16℃,使餐饮废油生物柴油可满足大部分地区对于柴油燃料低温冷滤性质的要求。3、为了进一步拓展餐饮废油生物柴油的应用范围,实现由生物柴油到高品质生物航空燃料的制备,本论文针对餐饮废油生物柴油分子中含氧量高、能量密度低的缺陷,制备得到了一种可用于脂肪酸甲酯加氢脱氧的非硫化催化剂：Ni-Mo/γ-Al2O3,对其进行了结构表征,通过实验表征确定了最适的活性金属为Ni-Mo,其负载量分别为5.0%和10.0%,使用该催化剂可使脂肪酸甲酯加氢脱氧率达97.1%,产品中生物航空燃料组分含量可达24.4%,异构/正构烷烃比(i/n)=0.32,为后续加氢裂解、异构处理奠定了基础。4、目前利用油脂原料制备生物航空燃料的传统工艺通常需要多步催化过程,包括加氢脱氧,加氢裂解和选择性异构等。多步催化过程存在路线长,过程损失大,产品收率低等缺陷。本论文开发了一种利用脂肪酸甲酯一步加氢制备得到生物航空燃料的方法,即使用改性后的Meso-SAPO-11分子筛为裂解、异构催化剂载体,制备得到一种具有加氢脱氧、异构裂解活性的双功能催化剂-Ni-Mo/γ-Al2O3&Meso-SAPO-11,通过实验验证,该催化剂存在条件下脂肪酸甲酯加氢脱氧率可达98.82%,产物中生物航空燃料组分含量可达59.8%,且组成与我国3号航空燃料组成接近。同时,总质量收率40.2%,高于传统多步催化工艺收率。该工艺的开发也使由脂肪酸甲酯制备生物航空燃料的工艺可行性进一步增加。