非负载型固体碱催化剂制备生物柴油的研究

论文摘要

为缓解能源紧缺和环境污染问题,寻求一种可再生的、环境友好型可替代能源具有重要的现实意义。生物柴油具有与石化柴油相似的性能,以及独特的环保性、再生性、安全性等优良性能,而成为备受人们青睐的新能源。非均相催化酯交换反应具有反应条件温和、转化率高、催化剂可重复使用、无污染等优点,有利于连续化、规模化生产的实现。本研究主要考察了大豆油制备生物柴油,分析测定了大豆油的理化性质,酸值为0.8071mg／g,皂化值194.94mg／g,水分含量0.01%,计算大豆油平均分子量为866.90g/mol,并确定以甘油收率评价催化剂的催化活性。分别采用柠檬酸发泡法和共沉淀法制备了钙镁、钙镧和钙锆系列非负载复合氧化物型固体碱催化剂,对催化剂的制备条件进行优化；采用Hammett指示剂法测定了催化剂的碱强度和碱量,并采用XRD和BET对催化性能好的催化剂进行表征。实验结果表明,柠檬酸法制备催化剂的最佳条件为：钙镁比例为1：1,焙烧温度750℃,焙烧时间6h,催化剂粒度160目；共沉淀法的最佳制备条件为：NaOH为沉淀剂,钙镁比例1：1,焙烧温度600℃,焙烧时间6h,催化剂粒度120目。催化剂表征结果显示,其活性与碱性有一定的关系,且NMSCaMg催化剂具有较强的碱性,晶形结构较好,比表面积较大。通过单因素实验对催化性能较好的催化剂制备生物柴油的酯交换反应条件进行了优化。最优反应条件：以NMSCaMg5o为催化剂时,醇油摩尔比10：1,催化剂用量1.2wt%,反应温度60℃,反应时间3.5h,甘油收率为92.56%；以GCDCaMg50(NaOH沉淀剂)为催化剂时,醇油摩尔比12：1,催化剂用量1.5wt%,反应温度65℃,反应时间3.5h,甘油收率为87.15%,且两类催化剂均具有良好的重复稳定性。并利用红外光谱对原料大豆油和其酯交换反应产品进行表征,确定反应产品中有脂肪酸甲酯的生成,表明大豆油成功的转化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物柴油概述
• 1.1.1 发展生物柴油的背景及意义
• 1.1.2 生物柴油的定义及特性
• 1.2 国内外生物柴油发展现状
• 1.2.1 国外生物柴油发展现状
• 1.2.2 我国生物柴油研究进展
• 1.3 生物柴油的制备方法概述
• 1.3.1 直接混合法
• 1.3.2 微乳液法
• 1.3.3 高温裂解法
• 1.3.4 酯交换法
• 1.4 固体碱简介及其研究进展
• 1.4.1 固体碱简介
• 1.4.2 固体碱研究现状
• 1.5 催化剂的表征
• 1.5.1 碱性表征
• 1.5.2 其他表征
• 1.6 本课题的研究目的和研究内容
• 第二章 实验方法与分析测试
• 2.1 实验材料及实验仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验化学试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 原料油物性的测定
• 2.2.1 酸值的测定
• 2.2.2 皂化值的测定
• 2.2.3 水分含量的测定
• 2.2.4 平均分子量的计算
• 2.3 催化剂的活性评价
• 2.3.1 实验过程
• 2.3.2 实验流程图
• 2.4 产品分析
• 2.4.1 高碘酸氧化酸碱滴定法
• 2.4.2 分光光度法
• 2.4.3 确定分析方法及收率计算
• 2.5 催化剂的表征
• 2.5.1 固体碱催化剂碱强度的测定
• 2.5.2 固体碱催化剂碱量的测定
• 2.5.3 X-射线衍射分析（XRD）
• 2.5.4 孔径、比表面积测定（BET）
• 2.6 生物柴油的红外分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 柠檬酸发泡法制备催化剂条件的优化和表征
• 3.1 催化剂的制备过程
• 3.2 催化剂制备条件对酯交换反应的影响
• 3.2.1 单组分氧化物和复合氧化物催化剂的对比
• 3.2.2 焙烧温度的选择
• 3.2.3 焙烧时间的选择
• 3.2.4 催化剂粒度对甘油收率的影响
• 3.2.5 催化剂管式炉活化前后对比实验
• 3.2.6 不同结构助剂和比例对甘油产率的影响
• 3.3 催化剂的表征结果
• 3.3.1 固体碱催化剂的碱强度测定结果
• 3.3.2 固体碱催化剂的碱量测定结果
• 3.3.3 XRD表征结果
• 3.3.4 催化剂比表面积和孔径测定结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 共沉淀法制备催化剂条件的优化和表征
• 4.1 催化剂的制备过程
• 4.2 催化剂制备条件对酯交换反应的影响
• 4.2.1 沉淀剂种类对甘油收率的影响
• 4.2.2 焙烧温度对甘油收率的影响
• 4.2.3 焙烧时间对甘油收率的影响
• 4.2.4 催化剂粒度对甘油收率的影响
• 4.2.5 不同结构助剂和比例对甘油收率的影响
• 4.3 催化剂的表征
• 4.3.1 固体碱催化剂的碱强度测定结果
• 4.3.2 固体碱催化剂的碱量测定结果
• 4.3.3 GCDCaMg催化剂的XRD表征结果
• 4.3.4 催化剂比表面积和孔径测定结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 反应条件对酯交换反应的影响
• 5.1 酯交换反应的影响因素
• 5.1.1 正交实验方案
• 5.1.2 正交实验结果
• 5.2 各单因素对酯交换反应的甘油收率的影响
• 5.2.1 醇油摩尔比对甘油收率的影响
• 5.2.2 催化剂用量对甘油收率的影响
• 5.2.3 反应时间对甘油收率的影响
• 5.2.4 反应温度对甘油收率的影响
• 5.2.5 催化剂的溶出实验
• 5.3 搅拌强度对甘油收率的影响
• 5.4 催化剂的重复稳定性
• 5.5 生物柴油的红外分析
• 5.6 固体碱催化剂酯交换反应机理探索
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢