碱性离子液体的合成及在生物柴油制备中的应用

论文摘要

以动植物油脂为原料通过酯交换反应合成的生物柴油,不仅具有与石化柴油相当的燃烧性能,又具有环保、可再生等优良特性,是替代石化柴油的理想燃料之一。均相催化酯交换反应是目前制备生物柴油采用最多的工艺,然而均相催化酯交换法却存在着产品和催化剂难分离、排放催化剂废水污染环境等问题。碱性离子液体相比于传统碱作为催化剂时有很多的优点,它既具有传统液体碱的高活性又兼顾固体碱易于分离的优点。因此,研究碱性离子液体催化酯交换反应制备生物柴油具有重要的理论意义和实际应用价值。论文首先通过两步合成法合成碱性离子液体[Bmim]OH,考察了反应物摩尔比、反应时间、反应温度、碱化配比、碱化时间对离子液体中间体及碱性离子液体产率的影响,得到了合成碱性离子液体的最佳条件：反应温度为70℃,反应时间为20 h,N-甲基咪唑和1-溴丁烷的摩尔比为1：1.2,得到中间体的产率达92.64%；碱化时间为10h,中间体和氢氧化钾的摩尔比为1：1.3,得到碱性离子液体的产率为54.98%。然后讨论了碱性离子液体合成过程的反应机理。同时用紫外光谱、红外光谱、核磁共振等方法对制备的碱性离子液体的结构进行了表征及分析,并对其性能进行了测定。以大豆油为原料,自制的碱性离子液体为催化剂,研究了制备生物柴油的影响因素和最佳工艺条件,结果发现醇油摩尔比、离子液体用量、反应温度和反应时间等因素对生物柴油产率均有影响。正交试验获得碱性离子液体催化大豆油制备生物柴油的最佳工艺为：甲醇与大豆油的摩尔比为12：1,催化剂碱性离子液体的用量为1.5%,反应时间为2 h,反应温度为55℃。在该条件下,生物柴油的产率为48.1%。影响因素的强弱顺序为：反应时间按>催化剂用量>反应温度>醇油摩尔比。研究还发现离子液体可回收利用5次,催化效果无明显降低。所得生物柴油组分分析和理化性能测定表明：生物柴油的主要成分是油酸甲酯和亚油酸甲酯,并且酸值、密度和含水率等主要指标均符合我国现行生产生物柴油标准。同时,对生物柴油作了经济效益预算和影响因素分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 离子液体
• 1.2.1 离子液体的发展状况
• 1.2.2 离子液体的组成及分类
• 1.2.3 离子液体的性质
• 1.2.4 功能化离子液体
• 1.2.5 离子液体的合成方法
• 1.3 生物柴油
• 1.3.1 生物柴油的研究进展
• 1.3.2 生物柴油的组成及特性
• 1.3.3 生物柴油的现行标准
• 1.3.4 生物柴油制备方法的进展
• 1.3.5 离子液体在制备生物柴油中的应用研究进展及存在问题
• 1.4 论文的研究目的与内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 主要研究内容及技术路线
• 1.4.3 论文主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 碱性离子液体的合成
• 2.1 试剂与仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 主要仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑（[Bmim]OH）离子液体的制备
• 2.2.2 碱性离子液体产率的计算
• 2.2.3 单因素试验设计
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应物配比对离子液体中间体产率的影响
• 2.3.2 反应温度对离子液体中间体产率的影响
• 2.3.3 反应时间对离子液体中间体产率的影响
• 2.3.4 碱化配比对碱性离子液体产率的影响
• 2.3.5 碱化时间对碱性离子液体产率的影响
• 2.4 碱性离子液体的合成机理
• 2.5 碱性离子液体的表征
• 2.5.1 碱性离子液体的紫外吸收光谱分析
• 2.5.2 碱性离子液体的红外吸收光谱分析
• 2.5.3 碱性离子液体核磁共振分析
• 2.5.4 碱性离子液体的性能测定
• 2.6 本章小结
• 第三章 大豆油理化性能分析
• 3.1 试剂、原料和仪器
• 3.1.1 试剂、原料
• 3.1.2 主要仪器
• 3.2 理化性能分析
• 3.2.1 酸值的测定
• 3.2.2 皂化值的测定
• 3.2.3 平均分子量的测定
• 3.2.4 含水率的测定
• 3.2.5 溶解性的测定
• 3.3 分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 碱性离子液体催化大豆油制备生物柴油
• 4.1 材料、试剂与仪器
• 4.1.1 材料、试剂
• 4.1.2 主要仪器
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 生物柴油的制备
• 4.2.2 单因素试验设计
• 4.2.3 交试验设计
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 醇油摩尔比对生物柴油产率的影响
• 4.3.2 离子液体用量对生物柴油产率的影响
• 4.3.3 反应时间对生物柴油产率的影响
• 4.3.4 反应温度对生物柴油产率的影响
• 4.3.5 正交试验结果
• 4.3.6 离子液体的回收利用试验
• 4.4 酯交换反应机理
• 4.5 本章小结
• 第五章 生物柴油的质量分析及经济效益预算
• 5.1 试剂与仪器
• 5.1.1 试剂、材料
• 5.1.2 主要仪器
• 5.2 生物柴油的质量分析
• 5.2.1 生物柴油的组分分析
• 5.2.2 生物柴油的理化性能分析
• 5.3 生物柴油的经济效益预算
• 5.3.1 经济效益预算
• 5.3.2 经济效益影响因素分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 重要研究成果及结论
• 6.2 存在的问题与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的文章及参加的科研项目
• 致谢