生物柴油是一种可再生的绿色能源,其主要成分是低级醇脂肪酸酯(如甲酯或乙酯)。与化石柴油相比,生物柴油具有更加优质的燃料性能和排放污染较少等优点。本文希望通过酸式催化甲酯化的方法科学合理地利用高酸价油脂制备生物柴油,并对工艺进行优化,同时探究酸催化甲酯化过程的反应规律;然后通过Rancimat法和抗氧化动力学的方法研究不同酚类抗氧化剂对生物柴油氧化稳定性的影响,推测抗氧化剂能够使生物柴油氧化诱导期达到欧盟标准(EN14214-2014)规定(≥8h)的添加浓度;同时通过比较添加与不添加抗氧化剂的生物柴油冷滤点以及在低温下的固体脂肪含量变化趋势、结晶动力学、微观结晶形态以及结晶焓变曲线的差异来系统性地探究抗氧化剂对生物柴油结晶特性的影响。首先,我们选择高酸价混合废油(酸价为75.0±0.50 mg KOH/g)为原料,采用对甲苯磺酸为催化剂,与甲醇反应制备脂肪酸甲酯。考察反应条件对反应过程中游离脂肪酸、脂肪酸甲酯、甘一酯、甘二酯以及甘三酯含量的变化规律影响,并优化生物柴油的最佳工艺条件。研究结果表明:甲酯化反应的整体过程中对甲苯磺酸优先催化游离脂肪酸的酯化反应,待酯化即将达到平衡时则开始催化甘油酯的酯交换反应,且反应过程中反应速率排序为游离脂肪酸>甘一酯>甘二酯>甘三酯;响应面优化的最佳工艺条件为:对甲苯磺酸添加量为5.6%(占油重),醇油摩尔比=26.3:1,反应时间为31.6h,温度67±2℃,在此条件下得到生物柴油产品中游离脂肪酸、甘一酯、甘二酯、甘三酯以及甲酯的含量分为0.74±0.29%、0.54±0.24%、0.09±0.11%、0.31±0.05%和98.29±0.06%。其次,我们通过Rancimat法和动力学拟合,研究了六种酚类抗氧化剂(叔丁基对甲苯酚(BHT)、丁基羟基茴香醚(BHA)、2,5-二叔丁基对苯二酚(DBHQ)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、没食子酸丙酯(PG)、焦性没食子酸(PY))对生物柴油氧化稳定性的影响,根据其结构特征,得到了多酚羟基抗氧化剂效果好于单酚羟基抗氧化剂的结论;同时根据动力学拟合公式计算出其达标(≥8h)最低添加浓度分别为1279 mg/kg(BHT)、690 mg/kg(BHA)、906 mg/kg((DBHQ)、512 mg/kg(TBHQ)、388 mg/k(PG)和119mg/kg(PY);根据成本核算以及抗氧化剂在生物柴油中的适用性分析发现,BHT是提高生物柴油氧化稳定性的经济适用的抗氧化剂。最后,通过对比添加与未添加酚类抗氧化剂(BHT、BHA、DBHQ、TBHQ、PG、PY)生物柴油的冷滤点、固体脂肪含量变化趋势、结晶动力学以及微观结晶形态和结晶焓变曲线的差异,我们发现六种酚类抗氧化剂都具有抑制生物柴油结晶生长的特性,其中BHA的效果相较最弱;同时对抗氧化剂抑制生物柴油结晶的机理进行了推导。