黄连木籽油制备生物柴油及其副产物甘油的分离与精制

论文摘要

本文以黄连木籽油为原料,开展了酯交换法合成生物柴油的研究,对合成过程的主要副产物甘油开展了分离与精制研究。具体如下:（1）采用国家标准方法对黄连木籽油理化指标进行了测定与分析,结果显示,黄连木籽油的水分和挥发物含量<0.02%,酸值<2mgKOH/g油,可直接用来制备生物柴油。（2）采用正交实验优化了KOH催化黄连木籽油与甲醇进行酯交换反应制备生物柴油的反应条件为:以黄连木籽油0.01mol计,甲醇与黄连木籽油摩尔比为8:1、KOH用量为黄连木籽油质量的1.5%、反应时间为1.5h、反应温度为65℃,生物柴油收率为90.20%。（3）采用浸渍法、直接混合法、共沉淀法制备了几种固体酸、碱催化剂,通过催化性能比较,选择K2CO3/Mg（Al）O作为目标催化剂。催化剂制备的适宜条件为:以Mg（Al）O为载体,采用直接混合法,K2CO3负载量为30%,700℃下焙烧4h。采用BET、XRD、IR对K2CO3/Mg（Al）O进行了表征,结果如下:K2CO3/Mg（Al）O的比表面积60.06m2/g,孔容0.1637cm3/g,孔径5.45nm;K2CO3/Mg（Al）O存在Mg-Al-O、CO32-等结构,K2CO3和Al2O3处于高度分散状态。（4）固体碱K2CO3/Mg（Al）O催化剂在催化黄连木籽油的酯交换反应中具有较高的活性和选择性。采用正交实验优化了合成反应条件为:以黄连木籽油0.1mol计,甲醇与黄连木籽油摩尔比为12:1,催化剂用量为黄连木籽油质量的4.0%,反应时间为2.5h,反应温度为68℃。该条件下,生物柴油的平均收率为99.11%。采用IR、1H-NMR对制备的产品进行了表征,结果表明产品中含有饱和脂肪酸甲酯和不饱和脂肪酸甲酯。催化剂经95%乙醇索氏抽提处理12h,80℃下干燥过夜,700℃下焙烧4h再生处理后,可回收连续使用4次,生物柴油收率可保持在96%以上。（5）对反应主要副产物甘油的回收开展了研究,得到的分离与精制工艺条件为:反应下层液中加入其质量50%的水,用50%的硫酸调节pH至4.0～5.0,60℃下反应40min,离心分离,中层甘油相除水后得到粗甘油;粗甘油用乙醇(乙醇体积与粗甘油质量比为1.5:1（V/W）在20℃下结晶30min脱盐,蒸馏回收乙醇后加入粗甘油质量1.5%的活性炭,在60℃下搅拌20min,得到的半成品甘油在真空度为0.092MPa,温度为150℃的条件下减压蒸馏除水后即可得到无色透明、黏稠、纯度为96.19%的精制甘油。经检测对照,达到了二等品甘油质量标准。本工艺,甘油的总回收率达77.74%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 生物柴油概述
• 1.1.1 生物柴油的定义
• 1.1.2 生物柴油的优缺点
• 1.1.3 生物柴油的应用
• 1.2 生物柴油的国内外发展现状
• 1.2.1 国外生物柴油发展现状
• 1.2.2 国内生物柴油发展现状
• 1.3 生物柴油的生产工艺
• 1.3.1 碱催化酯交换法
• 1.3.2 酸催化酯交换法
• 1.3.3 酶催化酯交换法
• 1.4 黄连木开发利用状况
• 1.4.1 黄连木的生物学特性
• 1.4.2 黄连木的开发利用
• 1.5 本课题主要研究内容
• 2 黄连木籽油理化指标的测定与分析
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要设备和仪器
• 2.1.2 材料和试剂
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 3 KOH催化黄连木籽油制备生物柴油
• 3.1 碱催化酯交换的反应机理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要设备和仪器
• 3.2.2 材料和试剂
• 3.2.3 实验装置图
• 3.2.4 薄层色谱法定性判断反应终点
• 3.2.5 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单因素实验
• 3.3.2 正交实验
• 3.4 本章小结
• 4 固体催化剂的制备、筛选与表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要设备和仪器
• 4.1.2 主要药品和试剂
• 4.1.3 固体酸催化剂的制备方法
• 4.1.4 固体碱催化剂的制备方法
• 4.1.5 固体催化剂的筛选方法
• 4.1.6 固体催化剂的表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 固体酸催化剂的筛选
• 4.2.2 固体碱催化剂的筛选
• 2CO₃/Mg（Al）O活性的影响'>4.2.3 不同制备条件对催化剂K₂CO₃/Mg（Al）O活性的影响
• 4.2.4 固体碱催化剂的表征
• 4.3 本章小结
• 5 固体碱催化黄连木籽油制备生物柴油
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要设备和仪器
• 5.1.2 材料和试剂
• 5.1.3 实验装置图
• 5.1.4 实验方法
• 5.1.5 生物柴油产品表征
• 5.1.6 催化剂的再生处理方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 单因素实验
• 5.2.2 正交实验
• 5.2.3 生物柴油表征与分析
• 5.2.4 催化剂的再生
• 5.2.5 催化剂重复使用
• 5.3 本章小结
• 6 副产物甘油的回收精制
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 主要设备和仪器
• 6.1.2 材料和试剂
• 6.1.3 甘油精制的流程
• 6.1.4 实验方法
• 6.1.5 精制甘油分析
• 6.1.6 甘油理化性质的测定方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 粗甘油中和除皂、脱盐
• 6.2.2 乙醇结晶
• 6.2.3 活性炭脱色
• 6.2.4 减压蒸馏脱水
• 6.2.5 精制甘油分析
• 6.2.6 甘油的理化性质
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录