固体碱催化剂的制备、表征及其在生物柴油制备中的应用

论文摘要

以天然植物油或动物油脂与甲醇、乙醇或者其它短链醇通过酯交换反应制备的生物柴油是一种环境友好的、可生物分解的无毒燃料。采用固体碱作为酯交换反应的催化剂避免了传统均相酸碱催化法催化剂分离困难,以及废水污染环境的问题,同时也克服了固体酸反应时间过长的问题。研究固体碱催化剂、酯交换反应过程的优化以及产品的性质对于生物柴油技术的发展和生物柴油的推广应用具有重要的意义。（1）本研究用共沉淀法制备了不同比例的La-Zr催化剂。利用X—射线衍射（XRD）对催化剂的晶相进行分析,结果表明催化剂经过高温焙烧后有新的晶相形成。利用CO2-程序升温脱附（C02-TPD）对催化剂的碱中心强度和碱中心数量进行分析,结果表明随着La：Zr比例的变化,催化剂碱中心强度和碱中心数量也发生改变。催化剂的活性与其碱中心的性质直接相关。研究了不同比例的La-Zr催化剂、醇／油摩尔比、催化剂用量、反应时间等因素对催化剂催化菜籽油—甲醇酯交换反应的影响。在焙烧温度为700℃,醇油质量比为2：1,反应时间为5 h的条件下,使用Zr1La10-700催化剂可以达到最高的脂肪酸甲酯的产率（96.3%）（2）通过溶胶凝胶法成功制备了介孔的0.1M/ZrO2（M=Li,Na,K,Mg,Ca）固体碱催化剂。催化剂的活性评价是用大豆油和甲醇的酯交换反应实现的。在该反应中,催化剂0.1Mg/ZrO2和0.1Ca/ZrO2没有表现出催化活性,而Li和K改性的Zr02催化剂上得到了高产率的生物柴油。在最佳反应条件下,在经过650℃焙烧过的0.1Li/Zr02的催化剂上,脂肪酸甲酯的收率高达98.2%。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.1.1 美洲国家
• 1.2.1.2 欧洲国家
• 1.2.1.3 其它国家
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 生物柴油制备方法
• 1.3.1 物理法
• 1.3.1.1 直接混合法
• 1.3.1.2 微乳液法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.2.1 高温热裂解法
• 1.3.2.2 酯交换法
• 1.3.3 生物合成法
• 1.4 酯交换过程研究
• 1.4.1 酯交换反应
• 1.4.2 酯交换反应催化剂
• 1.4.2.1 酶催化剂
• 1.4.2.2 超临界催化
• 1.4.2.3 离子交换树脂法
• 1.4.2.4 微波辐射与超声强化
• 1.4.2.5 均相酸碱催化剂
• 1.4.2.6 非均相催化剂
• 1.5 立题依据
• 1.6 研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 催化剂的制备
• 2-La₂O₃催化剂的制备'>2.2.1 共沉淀法ZrO₂-La₂O₃催化剂的制备
• 2固体碱催化剂的制备'>2.2.2 介孔0.1M/ZrO₂固体碱催化剂的制备
• 2.3 催化剂的酯交换反应活性评价及分析方法
• 2.3.1 催化剂的酯交换反应活性评价
• 2.3.2 分析方法
• 2.4 催化剂的表征
• 2.4.1 X-射线衍射（XRD）分析
• 2.4.2 透射电子显微镜（TEM）分析
• 2吸脱附（N₂ adsorption-desorption）分析'>2.4.3 N₂吸脱附（N₂adsorption-desorption）分析
• 2.4.4 X射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.4.5 X射线荧光光谱（XRF）分析
• 2.4.6 傅立叶转换红外光谱（FTIR）分析
• 2.4.7 拉曼光谱（Raman）分析
• 2-TPD'>2.4.8 CO₂-TPD
• 2O₃-ZrO₂固体碱催化剂催化葵花籽油—甲醇酯交换反应制备生物柴油研究'>第三章 La₂O₃-ZrO₂固体碱催化剂催化葵花籽油—甲醇酯交换反应制备生物柴油研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 2-La₂O₃催化剂的物理化学性质'>3.3.1 ZrO₂-La₂O₃催化剂的物理化学性质
• 3.3.2 La/Zr摩尔比以及焙烧温度对酯交换反应的影响
• 3.3.3 反应条件对酯交换反应的影响
• 3.3.4 水以及游离脂肪酸对酯交换反应的影响
• 3.3.5 催化剂的失活和再生
• 3.4 结论
• 参考文献
• 2（M=Li,Na,K,Mg,Ca）固体碱催化剂催化大豆油-甲醇酯交换反应制备生物柴油研究'>第四章 介孔M/ZrO₂（M=Li,Na,K,Mg,Ca）固体碱催化剂催化大豆油-甲醇酯交换反应制备生物柴油研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 2催化剂的物理化学性质'>4.3.1 0.1M/ZrO₂催化剂的物理化学性质
• 2催化剂的碱性'>4.3.2 650℃焙烧的0.1M/ZrO₂催化剂的碱性
• 2催化剂在不同温度焙烧后的催化活性'>4.3.3 0.1M/ZrO₂催化剂在不同温度焙烧后的催化活性
• 4.3.4 反应条件对脂肪酸甲酯产率的影响
• 4.3.5 催化剂的失活和再生
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 全文总结
• 个人简历及攻读硕士期间发表及投稿的论文