碱性离子液体催化菜籽油制备生物柴油的试验研究

论文摘要

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。随着环境和能源双重压力的不断加大,发展可再生、环保的化石燃料的替代品已经成为世界各国的共识。生物柴油以其良好的性能而展现出来的巨大的潜力和广阔的市场前景逐渐成为人们关注的焦点。生物柴油的制备方法有直接混合法、微乳液法、高温热裂解法、酯交换法。而酯交换中的碱催化法因其反应条件温和,催化剂成本低,反应速度快,转化率高,是目前工业生产中使用较为广泛的一种方法。离子液体是指在室温或接近室温（<150℃）的条件下呈现液态的、完全由阴阳离子构成的物质。作为一种新型的环境友好溶剂和液体酸碱催化剂,具有其它溶剂和传统催化剂不具备的优点。由于其独特而优良的性能,它被认为是21世纪最有希望的绿色溶剂和催化剂之一,现已应用于催化反应、有机合成、分离科学以及电化学等诸多领域。本论文以实验室自制的碱性离子液体氢氧化—丁基三甲基咪唑（[Bmim]OH）为催化剂,进行了菜籽油的酯交换反应、超声波辅助下的菜籽油酯交换反应,以及菜籽油的原料特性、菜籽油脂肪酸和菜籽油生物柴油的成份分析等相关试验研究。对于[Bmim]OH催化菜籽油的酯交换反应,通过单因素和正交试验的手段,详细研究了醇油摩尔比、反应温度、反应时间和离子液体用量对酯交换反应的影响及离子液体的稳定性。结果表明,在n（甲醇）：n（菜籽油）=16：1、反应温度150℃、反应时间4h和催化剂用量为菜籽油质量6%的条件下,生物柴油收率可达96.2%,并且该离子液体的稳定性良好,循环使用五次催化性能没有明显降低。反应动力学的研究显示,该反应的反应级数为0.7075,活化能为43.94kJ/mol,指前因子为96056.32。该反应的动力学模型为-（dcA）/（dt）=96056.32e-（43.93）/（RT）C A0.7075。对于超声波辅助下的碱性离子液体[Bmim]OH催化菜籽油制备生物柴油,超声波频率59KHz时得到的最优反应条件是：超声波功率200W、反应温度90℃、反应时间1h、n（甲醇）：n（菜籽油）=16：1和催化剂用量为菜籽油质量6%。该条件下,酯交换反应脂肪酸甲酯收率达到90.8%。超高效液相色谱测得的菜籽油生物柴油的主要成分为亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯、芥酸甲酯。菜籽油生物柴油的主要成分是含有18个C的脂肪酸甲酯,其分子结构满足理想的柴油替代品的要求,是合格的燃料替代品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外能源现状
• 1.2 生物柴油
• 1.2.1 生物柴油的制备方法
• 1.2.2 生物柴油的国内外发展现状
• 1.3 离子液体
• 1.3.1 离子液体的发展历史
• 1.3.2 离子液体的合成方法
• 1.4 碱性离子液体
• 1.4.1 碱性离子液体的合成及应用
• 1.4.2 碱性离子液体的表征
• 1.5 论文选题的思路及课题意义
• 1.6 论文的研究内容
• 第二章 离子液体制备及菜籽油理化性能测定
• 2.1 引言
• 2.2 试验原料、仪器设备及方法
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 制备方法和步骤
• 2.3 离子液体的表征
• 2.3.1 红外光谱表征
• 2.3.2 核磁共振表征
• 2.4 菜籽油理化性能测定
• 2.4.1 菜籽油平均分子量的计算
• 2.4.2 测定结果
• 2.5 UPLC分析方法的建立
• 2.5.1 色谱条件
• 2.5.2 标准溶液及样品的配制
• 2.5.3 标准曲线的制作
• 2.6 菜籽油脂肪酸组成分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 碱性离子液体催化菜籽油制备生物柴油的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验原料、仪器设备及方法
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 制备原理
• 3.2.4 试验方法
• 3.2.5 收率的计算
• 3.3 酯交换反应单因素试验结果与讨论
• 3.3.1 醇油摩尔比对反应的影响
• 3.3.2 离子液体用量对反应的影响
• 3.3.3 反应温度对反应的影响
• 3.3.4 反应时间对反应的影响
• 3.3.5 离子液体的稳定性
• 3.3.6 生物柴油的超高效液相色谱分析
• 3.4 酯交换反应正交试验
• 3.4.1 正交试验设计
• 3.4.2 正交试验数据分析
• 3.4.3 验证试验
• 3.5 酯交换反应动力学研究
• 3.5.1 反应级数、反应速率方程的确定
• 3.5.2 酯交换反应活化能的确定
• 3.6 本章小结
• 第四章 超声波辅助下的生物柴油制备试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验原料、仪器设备及方法
• 4.2.1 实验原料及仪器设备
• 4.2.2 试验原理及方法
• 4.3 超声波辅助下的酯交换反应试验结果与讨论
• 4.3.1 醇油摩尔比对反应的影响
• 4.3.2 离子液体用量对反应的影响
• 4.3.3 反应温度对反应的影响
• 4.3.4 反应时间对反应的影响
• 4.3.5 超声波功率对反应的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 菜籽油理化性质检测结论
• 5.2 碱性离子液体催化菜籽油制备生物柴油结论
• 5.3 超声波辅助下的碱性离子液体催化菜籽油结论
• 5.4 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录