固体碱催化制备生物柴油的研究

论文摘要

生物柴油是可再生的清洁能源,目前已经受到世界各国的普遍关注。采用固体碱催化酯交换反应制备生物柴油,避免了传统均相酸、碱催化法带来的产品分离困难及环境污染等问题,可使生产工艺连续化,增强设备的生产能力。研究以固体碱为催化剂的酯交换反应过程,将对生物柴油的制备技术有重要的理论意义和应用价值。本文采用浸渍法制备了一种以Al2O3为载体、NaKHC4H4O6·4H2O为负载物的固体碱性催化剂,并将其应用于生物柴油的合成反应。分别考察了负载物、载体、制备条件对催化剂活性的影响,由此确定了催化剂的最佳制备条件为:催化剂质量配比为35%,浸渍时间为4小时,浸渍温度为70℃,搅拌速率为350r/min,焙烧温度为460℃,焙烧时间为3小时。采用IR,TG-DTA,SEM及比表面积测定仪等分析仪器对催化剂结构进行了表征。IR和TG-DTA结果说明,NaKHC4H4O6·4H2O/Al2O3固体碱产生催化活性的原因是,NaKHC4H4O6·4H2O在高温焙烧条件下与Al2O3载体互相作用生成了Al-OK、Al-ONa或Al-OKNa;TG-DTA曲线表明催化剂在500℃以下有两个较明显的失重峰。SEM照片说明,焙烧温度过高,催化剂会出现较严重的烧结现象,比表面-孔径分析结果则说明了烧结后催化剂比表面积和孔径大幅减小。通过固体碱NaKHC4H4O6·4H2O/Al2O3与均相碱KOH催化酯交换反应的对比实验,研究了酯交换反应各因素对催化剂活性的影响,由此得出了固体碱催化酯交换反应的最佳条件为:醇油比为9:1,催化剂用量为3.0%,反应温度为65℃,反应时间为3h,在此反应条件下,甲酯最高收率为95.8%。对固体碱催化酯交换反应的机理进行了初步探讨,得出了固体碱催化酯交换反应的动力学方程为:rA=k1cAn=0.06913cA0.5。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 发展生物柴油的意义
• 1.2 生物柴油的性质
• 1.3 生物柴油的制备方法
• 1.3.1 高温裂解法
• 1.3.2 酯交换法
• 1.4 固体碱催化剂的研究进展
• 1.4.1 有机固体碱
• 1.4.2 有机无机复合固体碱
• 1.5 论文的目的与研究内容
• 2 实验
• 2.1 实验材料与主要仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法及原理
• 2.2.1 催化剂的制备
• 2.2.2 催化剂的表征
• 2.2.3 催化剂的活化
• 2.3 活性评价
• 2.4 生物柴油制备工艺及操作步骤
• 2.4.1 均相碱催化制备生物柴油
• 2.4.2 固体碱催化制备生物柴油
• 2.5 原料油预处理
• 2.5.1 加热除水
• 2.5.2 脱酸
• 2.6 原料油脂理化性能分析
• 2.6.1 酸值
• 2.6.2 皂化值
• 2.6.3 水分含量的检测和去除
• 2.6.4 平均分子量的测定
• 2.7 小结
• 3 固体碱催化剂的筛选和制备
• 3.1 负载物的确定
• 3.2 载体的影响
• 3.3 浸渍方式的确定
• 3.4 催化剂制备条件的影响
• 3.4.1 催化剂质量配比的影响
• 3.4.2 浸渍时间的影响
• 3.4.3 烘干温度的影响
• 3.4.4 催化剂粒径的影响
• 3.5 催化剂活化条件的影响
• 3.5.1 焙烧温度对催化剂活性的影响
• 3.5.2 焙烧时间的影响
• 3.6 小结
• 4 催化剂的结构表征
• 4.1 红外光谱分析
• 4.2 差热分析
• 4.3 扫描电镜分析
• 4.4 比表面-孔径分析
• 4.5 小结
• 5 酯交换反应条件的影响
• 5.1 单因素实验
• 5.1.1 醇油摩尔比的影响
• 5.1.2 催化剂用量的影响
• 5.1.3 反应温度的影响
• 5.1.4 反应时间的影响
• 5.1.5 搅拌速度的影响
• 5.1.6 反应原料的影响
• 5.2 正交实验
• 4H₄O₆·4H₂O∕Al₂O₃ 为催化剂'>5.2.1 以NaKHC₄H₄O₆·4H₂O∕Al₂O₃为催化剂
• 5.2.2 以KOH 为催化剂
• 5.3 催化剂的重复使用性能与再生
• 5.3.1 催化剂的重复使用性能
• 5.3.2 催化剂流失实验
• 5.4 反应机理和动力学探讨
• 5.4.1 酯交换反应机理
• 5.4.2 酯交换反应动力学
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 硕士期间发表的论文