论文摘要
生物柴油（Biodiesel）是指以动植物油脂等可再生生物资源为原料生产的长碳链脂肪酸单酯,它是油脂与甲醇等低碳醇在酸、碱或酶等催化剂的作用下进行酯交换反应生成的。采用非均相催化剂催化酯交换反应用于生物柴油制备避免了传统均相酸碱催化酯交换工艺中存在的产品处理复杂、易产生酸碱性废水污染环境等问题。研究非均相固体碱催化剂及采用此种催化剂进行酯交换反应的过程对生物柴油的生产技术进步和应用推广都具有重要的意义。CaO是一种超强固体碱,具有酯交换催化活性高、使用寿命长等优点。但单纯使用CaO作为催化剂在反应中存在易形成悬胶体,催化剂难分离等缺点,在之前的研究文献中对以不同可溶性前躯体制备的负载型CaO催化酯交换反应的研究也缺乏系统性。本文制备了不同前躯体的系列负载型CaO固体碱催化剂,考察了钙源、负载量、煅烧温度对催化剂活性的影响。发现以Ca（AC）2及CaCl2和Na2CO3的反应产物CaCO3为钙源,以γ-Al2O3为载体,采用浸渍法制备的催化剂对棉籽油酯交换反应有较好的催化活性。其最佳制备条件为:以25%Ca（AC）2溶液浸渍,90℃环境下烘干12h,800℃条件下煅烧;用CaCl2和Na2CO3浸渍反应生成CaCO3,沉积在γ-Al2O3上,负载量15.16%,90℃环境下烘干12h,900℃条件下煅烧。通过XRD对不同负载量和不同焙烧温度的催化剂进行了表征,发现随着CaO负载量的增大,其衍射峰逐渐加强,催化活性逐渐增加。随着活性组分含量的进一步增加,催化剂活性出现一定程度的降低。通过对不同焙烧温度催化剂的XRD表征图分析发现,较低温度下有较多的催化剂前躯体特征峰,随着焙烧温度的增加,催化剂其前躯体的特征峰逐渐消失,在较高温度下焙烧后出现的CaO特征峰信号明显,证明其已完全分解为CaO。研究了反应条件对催化性能的影响,最佳的反应条件为:以Ca（AC）2为钙源制备的催化剂质量分数为原料油的3%,醇油摩尔比18:1,反应温度65℃,反应时间8h,产率可达到96%以上。以CaCO3为钙源制备的催化剂质量分数为原料油的5%,醇油摩尔比18:1,反应温度65℃,反应时间8h,产率可达到88%以上。由于为非均相反应,传质速率较慢,在初始2h内脂肪酸甘油三酯的转化率较低,在4-6h内,转化率开始逐渐升高,在8h以后反应基本达到平衡稳定状态。