论文摘要
随着世界经济的发展,石化燃料已经不能满足世界经济发展的需要。以天然油脂为原料生产的生物柴油(脂肪酸甲酯)作为对环境友好的清洁能源可以替代部分传统的化石燃料,对缓解能源危机和减轻环境污染具有重要意义,目前已经受到世界各国的普遍关注。生物柴油的制备分为直接混合,高温裂解,微乳化以及酯交换四种方法。当前工业化生产生物柴油主要采取酯交换法,其中,固体碱催化剂是近年来研究的重要方向,具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易于分离、可循环使用等诸多优点。目前,关于固体碱催化生物柴油酯交换反应的研究虽然很多,但是都存在一些缺点。本论文从分子筛入手,设计、制备了新型的固体碱催化剂。通过对比筛选了孔径均匀,具有高比表面积和大的吸附容量的介孔分子筛MCM-41作为固体碱催化剂的载体。由于硅基介孔材料自身无催化活性中心,所以通过浸渍法和化学接枝法对MCM-41进行改性,在MCM-41孔道内表面引入了碱金属和有机胺,产生催化活性中心。本论文利用X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、热重分析法(TGA)、化学吸附剂表面碱性测定(CO2-TPD)等催化剂表征方法,对合成的新型固体碱催化剂进行表征。结果显示,经过改性,载体仍保留MCM-41的孔道结构,碱金属和有机胺成功负载到载体MCM-41上,并具有一定的强碱性位。本论文还考察了这些新型固体碱催化剂在大豆油酯交换反应制备生物柴油中的催化性能,详细研究了不同催化活性组分、催化活性组分的添加量、催化剂用量、反应物醇油摩尔比、反应时间等对生物柴油收率的影响,得到了优化的反应条件: Na2O添加量为8.0 wt%,醇油物质的量比为16:1,催化剂用量为油重的3.0 %,反应温度为130℃,反应时间为2 h,生物柴油的收率可达到89.8%。在优化的反应条件下,对新型固体碱催化剂催化合成生物柴油的动力学曲线进行了拟合,得到反应产物甲酯的动力学曲线,为生物柴油的工业最优化设计,最佳控制提供了理论基础。
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