CO2超临界状态下定向氢化TFAs油脂方法及分子机理的研究

The project content: adopt modern chemical technology and oil chemical disciplines ; research the structure change among oil structure carbon atoms, glycerin, oxygen and carbon chain in CO2 supercritical conditions; Research to surface diffusion, catalyst reactants hydrogen chemical adsorption, desorption, product, surface reaction from catalyst surface diffusion; Research Sn-1, 2, 3 space structure conditions forced removal from the carbon atoms of hydrogen on the transfer of double position by chance, fatty acid of the carbon atom transfer of heterogeneous double direction; research the relationship between the formation of the isomers type speed and the operation conditions with hydrogenation, to get TFAs molecular mechanism of grease, oil hydrogenation process of the TFAs content in the reasonable scope control, ultimately through the CO2 in supercritical condition directional hydrogenated oils, realize oil processing process TFAs content control, to provide important theory basis for related enterprises and research institutions .

本项目研究内容：采用现代化工技术、油脂化学等学科相结合的方法，研究CO2超临界状态下油脂结构中甘油碳原子、氧原子、碳链碳原子之间的结构变异规律；研究反应物向催化剂表面扩散、氢气的化学吸附、表面反应、解吸、产物从催化剂表面扩散过程；研究Sn-1、2、3空间结构条件迫使脱除碳原子上的氢造成双键位置的多种转移几率，脂肪酸的碳原子异构的双键转移方向；研究反式异构体的形成速度与氢化反应操作条件之间的关系，以获得低含量TFAs油脂的分子机理，将油脂氢化反应过程中的TFAs含量控制在合理范围，最终通过在CO2超临界状态下定向氢化油脂，实现油脂加工过程TFAs含量的可控性，为相关企业与科研机构提供重要的理论依据。

在CO2超临界条件下，对油脂中的不饱和脂肪酸氢化反应途径进行了理论研究，揭示氢化反应机理，研究 CO2超临界反应体系下底物及催化剂的特性，建立CO2超临界氢化反应动力学模型，利用仿真模拟设计氢化反应釜并优化氢化反应条件。. 利用密度泛函理论研究了油脂氢化反应过程中的不饱和脂肪酸氢化能量参数，通过对反应过渡态的预测，阐明了油脂氢化反应路径，亚油酸在氢化过程中双键易先生成共轭结构，生成共轭结构的二烯酸易被氢化，反式脂肪酸结构不容易被氢化，脂肪酸双键异构化反应所需能量约为231kJ/mol，因此，需要严格控制原料油脂中反式脂肪酸的含量，控制氢化反应过程中温度。使用CO2超临界体系，降低了体系反应的温度，同时油脂中H2的溶解度明显增加，催化剂表面吸附H2的量明显增加，加快了油脂氢化反应过程中顺式氢化反应的速率，减少了脂肪酸双键的反式异构化反应。通过添加贵金属可使主催化剂更好的分散到载体表面和内部，晶粒聚集现象减少，金属粒子较小，催化剂的活性较高，将其应用于氢化大豆一级油，将产品中脂肪酸的含量代入自编程序，建立了大豆油脂氢化反应的动力学模型。通过动力学模型分析可得Cu-Ag0.15/SBA15氢化亚麻酸的选择性好，Ni-Ag0.15 /SBA15氢化亚油酸的选择性好，甘三酯Sn-1,3位要比Sn-2位更容易氢化。利用FLUENT模拟出氢化反应釜内流体的流动状态，确定了氢化反应过程中最佳反应参数，先利用Cu-Ag0.15/SBA15氢化大豆油脂，再利用Ni-Ag 0.15/SBA15继续氢化大豆油脂，通过分步定向氢化，产品中油酸含量高达50%，TFAs含量低至10.43%。调控了油脂在氢化过程中选择性向顺式脂肪酸转化的概率，从而有效控制油脂中TFAs的含量。利用极度氢化大豆油脂与植物油进行酶法酯交换制备出零反式脂肪酸的氢化油脂。