生物柴油是由各种动、植物油脂、地沟油等与低碳醇发生酯交换反应制备成的一种混合长链脂肪酸酯。因其优越的可再生、清洁和安全三大优势受到世界各国的重视,从而得到大力发展。然而由于组成生物柴油的饱和脂肪酸酯的熔点较高,低温下容易结晶或凝胶化,导致柴油机输油管及滤网堵塞无法车用。所以,较差的低温流动性是阻碍生物柴油推广应用的重要因素之一。本文以地沟油为原料制备生物柴油,综合利用掺混法、降凝剂添加法、复配法以及混合降凝法来改善生物柴油的低温流动性,并采用粘度-温度曲线、差示量热扫描法(DSC)、低温偏光显微镜(POM)、低温原位XRD等现代测试手段对生物柴油低温性能改进的作用机理做出合理解释。为进一步改善生物柴油低温流动性、推进生物柴油规模利用、缓解紧张的能源与环境问题,打下坚实的理论基础。本文具体的研究内容和相关结论如下:(1)以地沟油为原料,利用自主设计的一种多功能一体化生物柴油制备装置,与甲醇酯交换反应制得地沟油生物柴油(BWCO)。当催化剂用量0.75 wt.%、醇油比8:1、反应温度65℃、反应时间120min、搅拌速率250 rpm/min时,生物柴油产率最高达到97.30 wt.%。经过测试所得BWCO的浊点(CP)、冷滤点(CFPP)和倾点(PP)降低6℃、5℃和4℃,其它各项理化性质均在ASTMD6751和EN14214标准范围。(2)煤直接液化柴油(DDCL)、0#石化柴油(PD)和地沟油生物柴油(BWCO)三元互补掺混改善生物柴油的低温流动性。首次利用DDCL和PD协同改进BWCO的低温流动性,对比研究了 BWCO-PD-DDCL、BWCO-DDCL和BWCO-PD等二、三元掺混油低温流动性的差异。通过三元相图来形象直观的表现三元掺混油的低温流动性与其掺混比例的关系;采用DSC和POM探究在低温下生物柴油晶型、晶貌的变化以及热力学相转变机理,得出三元掺混改进生物柴油低温性能的相互作用机理。(3)研究不同类别的柴油降凝剂对生物柴油低温流动性的影响,优选高效降凝剂与常用分散剂(吐温、司班、聚乙二醇)以不同比例复配,研究复配型降凝剂对BWCO低温流动性的影响,并采用POM和DSC对比研究其降凝机理。结果表明,PMA类降凝剂与Span 80复配效果最好,复配比为2:1 (w/w)时,其降凝效果最佳,使得BWCO的CFPP降低7℃; Span 80与PMA类降凝剂协同作用,不仅改变了晶体生长方向,抑制晶体生长,减少晶体数量和大小,同时增强PMA降凝剂及晶体在生物柴油中的溶解性和分散性,减少体系固液相变能,提高体系稳定性及其晶体的分散度,进而增强低温下BWCO的流动性。。(4)利用混合降凝法改善BWCO低温流动性。研究了不同PAO添加量对不同比例BWCO-PD的掺混油低温流动性的影响,并综合利用粘度-温度曲线、DSC、POM、XRD等深入剖析PAO在掺混油中的作用机理,建立降凝剂和生物柴油之间相互作用的理论模型。结果表明,0.04wt.%的PAO对B20掺混油降凝效果最好,使B20的CP、CFPP、PP分别降低8℃、9℃和7℃。加剂后,掺混油低温结晶速率更慢,结晶温度更低,晶体形状变化且生长缓慢,晶体数目和尺寸降低,体系固-液相变能更小,体系也更稳定性,进而表现出较好的低温流动性。