Brφnsted酸性离子液体催化大豆油酯交换反应的研究

论文摘要

Br（?）nsted酸性离子液体具有液体酸的高密度反应活性和固体酸的不易挥发性,对设备腐蚀性小,是一类环境友好型、可循环使用的新型催化剂。因此成为现阶段研究的热点。本文分别以N-甲基咪唑、吡啶、三乙胺和工业级的1,3-丙磺内酯、1,4-丁磺内酯,在微波反应器中合成了6种对水和空气稳定性好、带-S03H官能团的自阴阳离子中间体,再分别与硫酸、磷酸、对甲基苯磺酸反应,合成了11种Br（?）nsted酸性离子液体。利用红外、1H核磁对其结构进行了表征,采用自动电位滴定仪、Wilhelmy白金板法对其酸性和表面张力进行测定,用解离常数pKa对其酸性强弱进行了表征,并对其表面张力进行测定,在微波加热的条件下,以本文中合成的离子液体为催化剂进行酯交换反应,考察不同种类离子液体及不同微波条件对酯交换转化率的影响。以[MimN（CH2）4SO3H][HSO4]的合成为例,在相同收率的前提下,微波法比水热法合成的时间大大降低。所合成离子液体的红外和’H核磁通过与文献值进行对比,其结构可以得到确定。通过自动电位滴定仪对离子液体的酸性进行分析,并得到离子液体的结构对其酸性的影响。相同阳离子下,随着阴离子酸性的减弱,其离子液体的酸性也逐渐减弱。随着阳离子碳链的增长,其酸性也会相应地增加。以离子液体为催化剂的酯交换反应,其催化效果与离子液体的酸性有关,酸性越强,其转化率越高。相同碳链长度和阴离子的情况下,吡啶类离子液体的催化效果要好于咪唑和三乙胺。对于相同的含氮官能团,碳链越长离子液体的催化活性越高。本论文通过考察[MimN（CH2）4SO3H][HSO4]在酯交换反应中的应用,得到最优的催化条件：催化剂加入量为大豆油质量的5%、醇油比为12：1,在加热功率为700W、温度为70℃,反应4h得到的收率较高,气相色谱法测得脂肪酸甲酯的收率为94.38%,甘油的收率为89.23%,通过对离子液体进行回收后重复利用发现,在不经过处理的条件下,可以重复使用6次。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 离子液体
• 1.2.1 离子液体的历史与现状
• 1.2.2 离子液体的类型
• 1.2.3 离子液体的制备
• 1.2.4 离子液体的的性质与特点
• 1.2.5 离子液体在绿色化学中的应用
• 1.3 离子液体在生物柴油中的应用
• 1.3.1 生物柴油发展现状
• 1.3.2 酯交换反应制备生物柴油
• 1.3.3 离子液体作为催化剂在酯交换反应中的应用
• 1.4 论文的立题意义与创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 Bronsted酸性离子液体的合成
• 2.1.1 实验仪器与试剂
• 2.1.2 离子液体的反应原理
• 2.1.3 离子液体的制备
• 2.2 Bronsted酸性离子液体的表征
• 2.2.1 离子液体的FT-IR光谱表征
• 2.2.2 离子液体的核磁表征
• 2.3 Br（?）nsted酸性离子液体的物性分析
• 2.3.1 密度测定
• 2.3.2 离子液体的溶解性
• 2.3.3 吸水性实验
• 2.3.4 离子液体酸性测定
• 2.3.5 离子液体表面张力
• 2.4 离子液体催化酯交换反应
• 2.4.1 酯交换反应步骤
• 2.4.2 离子液体催化酯交换反应
• 第三章 离子液体的合成与表征
• 2）₄SO₃H][HSO₄]的影响条件'>3.1 微波法合成[MimN（CH₂）₄SO₃H][HSO₄]的影响条件
• 3.1.1 微波加热时间对离子液体中间体收率的影响
• 3.1.2 微波加热功率对离子液体中间体收率的影响
• 3.1.3 不同加样方式对中间体收率的影响
• 3.1.4 不同溶剂对离子液体合成的影响
• 3.2 Bronsted酸性离子液体的结构分析
• 2）₄SO₃H][HSO₄]的红外光谱图'>3.2.1 [MimN（CH₂）₄SO₃H][HSO₄]的红外光谱图
• 3.2.2 其他离子液体的红外谱图
• 3.2.3 离子液体的核磁分析
• 3.3 Bronsted酸性离子液体物理性质的分析
• 3.3.1 密度测定
• 3.3.2 溶解性试验
• 3.3.3 吸水性实验
• 3.3.4 酸性测定
• 3.3.5 表面张力的测定
• 3.4 小结
• 第四章 生物柴油分析方法的建立
• 4.1 气相色谱测定脂肪酸甲酯的含量
• 4.1.1 气相色谱分析的原理
• 4.1.2 气相色谱条件
• 4.1.3 气相色谱谱图
• 4.2 甘油氧化法测酯交换转化率
• 4.2.1 实验原理
• 4.2.2 实验条件的确定
• 4.2.3 试验条件准确度的测定
• 4.3 小结
• 第五章 酯交换法制备生物柴油
• 5.1 原料大豆油性质的确定
• 5.1.1 大豆油酸值的测定
• 5.1.2 油品皂化值的测定
• 5.1.3 原料平均分子量的确定
• 5.2 催化剂酸性强弱对酯交换反应的影响
• 5.2.1 无机酸催化酯交换反应
• 5.2.2 离子液体的种类对酯交换反应的影响
• 5.2.3 离子液体的酸性与催化效果的关系
• 5.3 酯交换反应工艺条件的考察
• 5.3.1 醇油摩尔比对酯交换反应的影响
• 5.3.2 催化剂用量对酯交换反应的影响
• 5.3.3 微波加热时间对酯交换反应的影响
• 5.3.4 反应温度对酯交换反应的影响
• 5.4 离子液体的重复利用实验
• 5.5 原料油与生物柴油一些性质的比较
• 5.6 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 作者和导师简介