利用废弃动植物油脂制备生物柴油的工艺研究

论文摘要

生物柴油是由动植物油脂与低碳醇通过酯交换反应生成的长链脂肪酸酯类物质，是一种无毒、可生物降解、可再生的新型能源，属于环境友好型绿色燃料，优质的柴油替代品。本文研究了固体催化剂催化废弃动植物油脂制取生物柴油的酯交换反应，旨在降低生物柴油的生产成本并消除废弃油脂给环境和人体健康带来的危害，同时避免传统均相酸碱催化剂与产品分离的困难和废液处理问题。本研究选用的固体酸催化剂KHSO4，表现出了良好的催化活性和稳定性，其催化酯交换反应的优化工艺条件为：醇油摩尔比25:1，催化剂量8wt.%，在80℃反应10h，转酯化率可达87.12%，最终产品的酸值为0.91mgKOH/g。同时，研究制备了负载型固体碱催化剂，最佳制备条件为：于25%KOH溶液中浸泡活性炭24h，在130℃的条件下干燥2h，并采用扫描电镜和红外光谱对所制备的固体碱催化剂进行了表征。自制的固体碱催化剂，表现出了良好的催化活性和稳定性，其催化酯交换反应的优化工艺条件为：醇油摩尔比8:1，催化剂量3wt.%，在60℃反应3.5h，转酯化率可达91.54%，最终产品的酸值为0.81mgKOH/g。为弥补酸法和碱法的不足，本研究尝试采用先酸法后碱法的两步法催化废弃油脂制备生物柴油。第一步酯化反应的优化工艺条件为：醇油摩尔比17:1，催化剂量1.5wt.%，在75℃反应3h，酯化率为99.15%，最终产品的酸值为0.93mgKOH/g，这样即可以缩短反应时间，减少能耗，又可以扩大原料油的选用范围，并且能够保证较高的生物柴油转化率。本研究还选择了适宜的共溶剂，考察了废弃油脂中的杂质对甲酯化的影响，并测定出了产品理化参数，结果表明产品达到了生物柴油标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物柴油概述
• 1.1.1 生物柴油的特性
• 1.1.2 发展生物柴油的意义
• 1.1.2.1 能源储备意义
• 1.1.2.2 环保意义
• 1.1.2.3 利用餐饮废油的意义
• 1.1.3 生物柴油产业的发展状况
• 1.1.3.1 国外生物柴油产业的发展状况
• 1.1.3.2 我国生物柴油的发展状况
• 1.1.4 目前制备生物柴油所面临的问题及其解决方法
• 1.1.5 我国生物柴油的产业化前景
• 1.2 生物柴油的制备方法及其生产技术
• 1.2.1 生物柴油的制备方法
• 1.2.1.1 直接混合法
• 1.2.1.2 微乳液法
• 1.2.1.3 高温热裂解法
• 1.2.1.4 酯交换法
• 1.2.2 生物柴油的生产技术
• 1.2.2.1 酸催化的酯交换反应研究进展
• 1.2.2.2 碱催化的酯交换反应研究进展
• 1.2.2.3 酶催化的酯交换反应研究进展
• 1.2.2.4 超临界的酯交换反应研究进展
• 1.3 废弃油脂的概述
• 1.3.1 油脂品质的变化
• 1.3.1.1 油脂的氧化酸败
• 1.3.1.2 高温对油脂品质的影响
• 1.3.2 废弃油脂
• 1.3.3 废弃油脂的综合评价
• 1.3.3.1 酸值
• 1.3.3.2 皂化值
• 1.3.3.3 含水量
• 1.3.3.4 过氧化值
• 1.3.3.5 碘值
• 1.3.4 废弃油脂资源化利用
• 1.4 本研究的主要内容、创新点及其意义
• 1.4.1 本研究的主要内容
• 1.4.2 本研究的创新点
• 1.4.3 本研究的意义
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验原料与试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验流程
• 2.4 实验装置
• 2.5 废弃油脂转酯化的实验原理及实验操作
• 2.5.1 实验原理
• 2.5.2 产品收率计算
• 2.5.3 废弃油脂平均分子量的确定
• 2.5.4 实验操作
• 2.5.4.1 实验方法
• 2.5.4.2 废弃油脂的预处理
• 2.5.4.3 固体碱催化剂的制备
• 2.5.4.4 固体碱催化剂的表征
• 2.5.4.5 固体碱催化剂的再生
• 2.6 废弃油脂及转酯化产物的综合评价指标测定
• 2.7 转酯化产物的理化性质测定
• 2.8 转酯化产物的组成测定
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 固体酸催化的酯化及转酯化反应
• 3.1.1 催化反应条件的影响
• 3.1.1.1 反应时间对固体酸催化的酯化及转酯化反应影响
• 3.1.1.2 醇油比对固体酸催化的酯化及转酯化反应影响
• 3.1.1.3 催化剂量对固体酸催化的酯化及转酯化反应影响
• 3.1.1.4 反应温度对固体酸催化的酯化及转酯化反应影响
• 3.1.2 固体酸催化转酯化反应的正交实验
• 3.1.3 不同共溶剂对固体酸催化的转酯化反应的影响
• 3.1.4 固体酸催化的反应体系的三相图
• 3.1.5 共溶剂的加入量对固体酸催化的转酯化反应的影响
• 3.1.6 吸水剂的加入量对固体酸催化的酯化反应的影响
• 3.1.7 洗涤剂对固体酸催化的转酯化反应的影响
• 3.1.8 磷脂含量对固体酸催化的转酯化反应的影响
• 3.1.9 与传统催化剂浓硫酸催化性能的比较
• 3.1.10 固体酸催化的稳定性
• 3.2 固体碱催化的酯交换反应
• 3.2.1 固体碱催化剂的制备及表征
• 3.2.2 KOH 附着浓度对固体碱催化活性的影响
• 3.2.3 干燥温度对固体碱催化活性的影响
• 3.2.4 催化反应条件的影响
• 3.2.4.1 反应时间对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.4.2 醇油比对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.4.3 催化剂量对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.4.4 反应温度对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.5 固体碱催化转酯化反应的正交实验
• 3.2.6 不同共溶剂对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.7 固体碱催化的反应体系的三相图
• 3.2.8 共溶剂的加入量对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.9 吸水剂的加入量对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.10 游离脂肪酸含量对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.11 水分含量对固体碱催化转酯化反应的影响
• 3.2.12 洗涤剂对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.13 磷脂含量对固体碱催化的转酯化反应的影响
• 3.2.14 固体碱与传统催化剂 KOH 催化性能的比较
• 3.2.15 固体碱催化的稳定性
• 3.3 两步法催化废弃油制备生物柴油
• 3.3.1 催化反应条件的影响
• 3.3.1.1 反应时间对固体酸催化的酯化反应的影响
• 3.3.1.2 醇油比对固体酸催化的酯化反应的影响
• 3.3.1.3 催化剂量对固体酸催化的酯化反应的影响
• 3.3.1.4 反应温度对固体酸催化的酯化反应的影响
• 3.3.2 两步法催化的酯化反应的正交实验
• 3.3.3 吸水剂的加入量对固体酸催化的酯化反应的影响
• 3.4 废弃油脂与转酯化产物的综合评价
• 3.5 转酯化产物的理化性质与组成分析
• 3.5.1 转酯化产物的理化性质
• 3.5.2 转酯化产物的组成分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢