固体碱催化制备生物柴油的试验研究

论文摘要

随着化石能源的日益枯竭、原油价格的持续上涨,对我国社会经济的发展造成巨大的影响,加之日益加剧的温室效应和人们环保意识的提高,寻找一种可替代能源成为人们关注的焦点,尤其是液体代用燃料——生物柴油为人们研究的热点。生物柴油是以多种油脂与短链醇通过酯交换反应制得的一种液体燃料,其主要成分是多种脂肪酸甲酯的混合物。生物柴油无毒、可生物降解,具有优良的环保性和安全性;具有良好的燃烧性和润滑性;粘稠度低;十六烷值高的绿色能源。相关研究表明,生物柴油的分子量与矿物柴油相近,与矿物柴油有着相似的燃烧和动力特性,可以应用于现有的柴油发动机,无需或稍作改进。固体碱是指能够接受质子或给出电子对的固体。采用固体催化剂催化酯交换反应可以有效地避免传统均相催化时产品分离难以及洗涤产品产生大量废水对环境造成污染等。因此,采用非均相催化剂催化酯交换反应制备生物柴油是目前生物柴油研究的热点。又因固体碱作为催化剂具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易于分离、可循环使用等,可使反应工艺连续化。因此,固体碱催化制备生物柴油对正在兴起的中国生物柴油行业具有十分重要的意义。固体碱催化酯交换反应制备生物柴油是目前生物柴油制备的主要方法,而高效、廉价的催化剂又是重中之重。本文对固体碱催化剂CaO的制备、表征、催化酯交换反应及重复利用性和受空气毒化机理进行了深入的研究,并取得了阶段性的成果。主要包括以下几方面:1.建立简单、快速、低成本的多孔CaO微球的制备方法,并对多孔CaO微球制备条件进行考察,得到制备高比表面积、均一、多孔的CaO微球的最佳条件。2.利用自制的多孔CaO微球,催化大豆油与甲醇酯交换反应制备生物柴油,采用单因素试验和正交试验法对反应工艺条件进行优化。3.探索产品产率的气相色谱测试方法,该方法简单、准确、重现性好。4.在最佳反应工艺条件下,对催化剂的重复利用性进行考察,并对催化剂受空气毒化机理进行分析。5.对试验制备的生物柴油的特性进行分析、成本进行核算,产品理化指标基本达到了美国生物柴油的ASTM标准。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 生物柴油的化学组成及优缺点
• 1.2.1 生物柴油的化学组成
• 1.2.2 生物柴油的优缺点
• 1.3 国内外生物柴油的研究现状
• 1.3.1 国外生物柴油的研究现状
• 1.3.2 国内生物柴油的研究现状
• 1.4 生物柴油的制备方法
• 1.4.1 直接混合法
• 1.4.2 微乳化法
• 1.4.3 高温裂解法
• 1.4.4 酯交换法
• 1.5 制备生物柴油固体碱催化剂的研究现状
• 1.5.1 碱金属及其氧化物
• 1.5.2 阴离子交换树脂
• 1.5.3 水滑石、类水滑石固体碱
• 1.5.4 负载型固体碱
• 1.6 本课题的提出和研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 原料油指标的测定
• 2.1.1 酸价测定
• 2.1.2 水分测定
• 2.1.3 过氧化值测定
• 2.1.4 皂化值和分子量测定
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 实验材料与试剂
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.2.3 实验原理
• 2.2.4 实验装置
• 2.2.5 实验流程图
• 2.3 催化剂的制备
• 2.4 CaO 微球催化大豆油制备生物柴油
• 2.5 产品的气相色谱分析
• 2.5.1 实验材料及仪器
• 2.5.2 色谱分析条件
• 2.5.3 线性关系的测定
• 2.5.4 回收率的测定
• 2.5.5 精密度的测定
• 2.5.6 产品产率的计算方法
• 3 实验结果与讨论
• 3.1 催化剂制备条件的考察
• 3.1.1 溶液混合顺序对催化剂前提的影响
• 3.1.2 搅拌时间对催化剂前提的影响
• 3.1.3 静置时间对催化剂前提的影响
• 3.1.4 焙烧条件对催化剂的影响
• 3.2 催化剂的表征
• 3.2.1 扫描电镜表征
• 3.2.2 催化剂XRD 表征
• 3.2.3 比表面积表征
• 3.3 固体碱催化剂CaO 催化酯交换反应工艺条件的优化
• 3.3.1 固体碱催化酯交换反应制备生物柴油的影响因素
• 3.3.2 催化剂用量的影响
• 3.3.3 醇油摩尔比的影响
• 3.3.4 反应时间的影响
• 3.3.5 反应温度的影响
• 3.4 催化剂重复利用性的考察
• 3.5 氧化钙受空气气毒化机理研究
• 3.6 产品特性分析
• 3.7 产品成本分析
• 4 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• Abstract
• 攻读硕士学位期间发表的论文