废餐饮油脂制备生物柴油的工艺及其动力学研究

论文摘要

随着环保意识的增强和能源危机的影响,人们开始寻找一种能够替代石油燃料的清洁能源,在众多的替代燃料中,生物柴油以其优越的性能备受关注。同时随着人类生产和生活水平的不断提高,废餐饮油脂的产生也越来越多,不仅严重污染环境,而且还危害人类健康,因此以餐饮废油为原料生产生物柴油对减少环境污染及提高经济效益具有重大的意义。鉴于传统工艺存在的缺陷,本文以废餐饮油脂和甲醇为原料,研究了酯化-酯交换两步催化法生产生物柴油的技术。在酯化反应阶段,首次采用了活性炭负载硫酸铁（Fe2（SO4）3 /C）作为催化剂,催化废餐饮油脂中游离脂肪酸（FFA）甲酯化,该反应的优化工艺条件为:催化剂活性成分负载量为26.80%（w/w）、催化剂用量为3.5%（w/w）、甲醇/FFA摩尔比为18:1、反应温度为95℃、反应时间为3h,在此反应条件下,废餐饮油脂的酸值可从40.06mgKOH/g下降至1.00mgKOH/g以下,转化率高达98.00%以上。在酯交换反应阶段,以KOH为催化剂,催化废餐饮油脂中甘油三酯（TG）与甲醇进行酯交换反应,获得生物柴油,其优化工艺条件为:催化剂用量为1.0%（w/w）、醇/油摩尔比为7:1、反应时间为60min、反应温度为60℃,在此工艺条件下生物柴油的转化率达到93.83%。本文还对酯化及酯交换反应的动力学机制分别进行研讨,建立了相应的动力学方程,结果表明,建立的动力学方程在实验条件范围内都能较好的描述各自的反应过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 生物柴油的特性及其发展的意义
• 1.1.1 生物柴油的特性
• 1.1.2 发展生物柴油的意义
• 1.2 生物柴油的发展现状及应用前景
• 1.2.1 国外生物柴油发展状况
• 1.2.2 国内生物柴油发展状况
• 1.2.3 生物柴油的发展前景
• 1.3 生物柴油的研究状况
• 1.3.1 生物柴油的制备方法
• 1.3.2 酯交换反应机理及动力学参数
• 1.3.3 生物柴油的原料选择
• 1.4 生物柴油的检测方法
• 1.4.1 气相色谱（GC）
• 1.4.2 液相色谱（HPLC）
• 1.4.3 凝胶渗透色谱（GPC）
• 1.4.4 核磁共振（NMR）
• 1.4.5 近红外光谱（NIR）
• 1.5 本文的研究目的、意义与内容
• 1.5.1 研究目的与意义
• 1.5.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 主要试剂
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验流程图
• 2.4 实验装置
• 2.5 实验方法
• 2.5.1 负载型催化剂的制备
• 2.5.2 酯化反应
• 2.5.3 酯交换反应
• 2.5.4 生物柴油的精制
• 2.6 分析检测方法
• 2.6.1 生物柴油物理性能的测定
• 2.6.2 生物柴油的化学组成及含量的测定
• 2.6.3 负载型催化剂的表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 酯化反应的工艺研究
• 2（SO₄）₃/C 的催化活性评价'>3.1.1 Fe₂（SO₄）₃/C 的催化活性评价
• 3.1.2 催化剂活性成分负载量对酯化反应的影响
• 3.1.3 催化剂用量对酯化反应的影响
• 3.1.4 反应时间对酯化反应的影响
• 3.1.5 醇/FFA 摩尔比对酯化反应的影响
• 3.1.6 反应温度对酯化反应的影响
• 3.1.7 催化剂重复使用效果
• 3.1.8 酯化反应正交实验
• 3.2 酯交换反应的工艺研究
• 3.3 产品的结构、成分及含量分析
• 3.3.1 产品结构分析
• 3.3.2 产品的成分及含量分析
• 3.4 产品的主要性能指标
• 3.5 负载型催化剂的表征
• 3.5.1 负载型催化剂的红外光谱分析
• 3.5.2 负载型催化剂的XRD 分析
• 4 动力学研究
• 4.1 动力学研究的意义
• 4.2 酯化反应的动力学研究
• 4.2.1 动力学模型的建立
• 4.2.2 动力学模型检验
• 4.2.3 动力学方程中各参数的确定
• 4.3 酯交换反应的动力学研究
• 4.3.1 宏观动力学模型的建立
• 4.3.2 动力学方程中各参数的确定
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录