生物柴油作为一种性质优良的可再生能源,一直是世界各国的研究焦点。生物柴油的氧化过程包含了常温下的氧化酸败以及快速氧化(燃烧)过程。由于生物柴油含有不饱和脂肪酸甲酯,常温下容易被氧化,这影响了生物柴油的储存和使用,而快速氧化过程是利用生物柴油的主要方法。两种氧化过程均与生物柴油的使用息息相关。本文通过对生物柴油慢速氧化反应发生前后的密度以及热值进行测定,研究了慢速氧化对生物柴油燃烧、雾化特性的影响。结果显示,慢速氧化对生物柴油的雾化、燃烧产生不利影响。因此为防止生物柴油的慢速氧化,设计并采用一步法合成了三种离子液体抗氧化剂,利用Rancimat法测定了离子液体的抗氧化效果。试验结果表明三种离子液体均能够有效的改善生物柴油的抗氧化效果,尤其是1-乙基咪唑没食子酸离子液体,在添加量为0.2‰时生物柴油的氧化诱导期就超过了国标规定的6h。同时三种离子液体具有较好的油溶性以及铜片腐蚀特性,其中1-乙基咪唑没食子酸离子液体的油溶性最强。采用前线分子轨道理论和自然键轨道理论对三种离子液体的抗氧化机理进行了分析。结果显示,三种离子液体苯环上的-OH基具有较强的反应活性和电荷密度,-OH基能够优先与自由基反应,保护生物柴油不被自由基氧化。采用量子化学的方法以及密度泛函理论计算了生物柴油五种主要脂肪酸甲酯的键解离能。结果显示五种脂肪酸甲酯中,亚麻酸甲酯中五号位的C-C单键键解离能最低,九号位亚麻酸甲酯的C=C双键键解离能最高,这表明五种脂肪酸发生解离反应时,亚麻酸甲酯会先发生反应,五号位C-C单键断裂生成烷基和烷基酯。采用基团贡献法计算了五种脂肪酸甲酯的临界温度和临界压力,使用经验公式对五种脂肪酸甲酯的L-J参数进行了计算,并使用L-J参数计算了五种脂肪酸甲酯的碰撞积分、边界扩散系数等参数。通过对燃料性质的分析,采用丁酸甲酯作为替代燃料,研究了生物柴油层流预混燃烧机理的简化。使用反应路径分析法和敏感性分析法简化了丁酸甲酯的化学反应动力学机理。并结合生物柴油快速氧化反应初期的反应路径,推断出生物柴油的快速氧化反应发生路径。