固体超强酸催化油脂和甲醇酯交换制备生物柴油

发布时间：2017-04-17 10:09

  本文关键词：固体超强酸催化油脂和甲醇酯交换制备生物柴油，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着石油价格的不断攀升以及人们对环境问题的关注，生物柴油成为一个备受关注的领域，生物柴油是一种环境友好的可再生能源。在催化制备生物柴油的各种催化剂中，固体酸催化剂是一种有发展前景的催化剂，和液体酸相比，固体酸具有以下优势：容易从反应介质中分离；可重复使用；不存在腐蚀问题。和碱催化剂相比，固体酸更适用于那些脂肪酸含量高的原料油(比如油煎废油和一些不能食用的油料)。 本实验制备了三种固体超强酸催化剂，SO_4~(2-)/TiO_2-SiO_2(catalyst A)，SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2 (catalyst B)，SO_4~(2-)/Zr-SBA-15(catalyst C)催化大豆油和甲醇的酯交换反应制备生物柴油，考察了催化剂的制备条件和酯交换的反应条件，用吡啶红外和NH_3-TPD考察了催化剂的酸性，研究了催化剂的重复使用性。 (1)催化剂A的吡啶红外表明催化剂A具有L酸中心和B酸中心，NH_3-TPD测试表明催化剂A具有超强酸性。催化剂的制备因素中，焙烧温度是形成超强酸的最重要因素，当催化剂的钛硅摩尔比等于1／3，浸渍硫酸溶液的浓度大于1M，于450℃焙烧5h，催化剂表现出最高的催化活性，在最优化的反应条件：醇油摩尔比为13：1，每摩尔油使用1g催化剂，催化剂A在125℃催化反应3h，脂肪酸甲酯收率达90％。 (2)催化剂B也具有超强酸性，催化剂B的制备条件类似于催化剂A，催化剂B的催化活性高于催化剂A，在最优化的反应条件：醇油摩尔比为13：1，每摩尔油使用1g催化剂，催化剂B在120℃催化反应3h，脂肪酸甲酯收率达90％。 (3)反应体系的水抑制催化剂B的活性，但催化剂的活性不受体系中游离脂肪酸的影响，这意味着催化剂B能高效催化那些未精炼原油和那些不可食用的油料使酯化和酯交换一步完成。 (4)从SO_4~(2-)/ZrO_2、SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2和SO_4~(2-)/Zr-SBA-15对酯交换反应的活性差异，我们可以得出这样的结论：将介孔分子筛的孔结构优势和超强酸的酸性特征结合起来，能得到对酯交换更有前景的分子筛型超强酸材料。 (5)实验对催化剂的失活和再生进行了研究，实验表明：催化剂表面的硫酸根被甲醇淋洗掉；催化剂表面的活性位被油和甲酯所覆盖，这两种原因导致了催化剂的失活。然而，可以通过简单的办法将使用过的催化剂再生：450℃焙烧催化剂，浸渍1M的硫酸溶液30分钟，过滤，干燥，再次于450℃焙烧。 总之，在本实验制备的三种催化剂中，SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2的催化活性最高，它能在较低的温度(甚至100℃)催化油脂的酯化酯交换一步完成，通过简单再生使催化活性恢复，是一种有前景的酯交换油脂制备生物柴油的固体酸催化剂。
【关键词】：生物柴油 酯交换 固体超强酸 再生
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述及选题11-36
• 1.1 生物柴油概述11-29
• 1.1.1 引言11-12
• 1.1.2 生物柴油及其优点12-13
• 1.1.3 发展生物柴油的意义13-14
• 1.1.4 生物柴油的国内外发展概况14-17
• 1.1.5 生物柴油的生产方法17-25
• 1.1.6 酯交换反应及其机理25-29
• 1.2 固体超强酸概述29-34
• 1.2.1 SO_4~(2-)/MxOy型固体超强酸的制备30-32
• 1.2.2 SO_4~(2-)/MxOy型固体超强酸酸中心的形成机理32-34
• 1.3 选题目的和意义34-36
• 第二章 固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2-SiO_2催化制备生物柴油36-47
• 2.1 实验原料36
• 2.2 使用的主要研究方法36-37
• 2.2.1 催化剂的焙烧36
• 2.2.2 催化剂的吡啶红外测试36-37
• 2.2.3 催化剂的NH_3-TPD分析37
• 2.2.4 确定生物柴油产率的分析方法37
• 2.2.5 元素分析37
• 2.3 催化剂的制备37-38
• 2.4 酯交换反应38
• 2.5 催化剂SO_4~(2-)/TiO_2-SiO_2酸性的表征38-39
• 2.5.1 吡啶红外分析38
• 2.5.2 NH_3-TPD分析38-39
• 2.6 确定生物柴油产率的方法39-41
• 2.6.1 反应产物的气相色谱分析图39-40
• 2.6.2 豆油平均分子量的确定40
• 2.6.3 生物柴油收率的计算40-41
• 2.7 SO_4~(2-)/TiO_2-SiO_2的制备条件对催化制备生物柴油产率的影响41-43
• 2.7.1 催化剂焙烧温度的影响41-42
• 2.7.2 催化剂Ti/Si摩尔比的影响42-43
• 2.7.3 浸渍硫酸溶液浓度的影响43
• 2.8 反应条件对脂肪酸甲酯收率的影响43-46
• 2.8.1 油醇摩尔比的影响43-44
• 2.8.2 催化剂用量的影响44-45
• 2.8.3 反应温度和时间的影响45-46
• 2.9 结论46-47
• 第三章 固体超强酸SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2催化制备生物柴油47-58
• 3.1 催化剂的制备47
• 3.2 催化剂SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2的酸性表征47-48
• 3.2.1 催化剂SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2吡啶红外分析47-48
• 3.2.2 催化剂SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2的NH_3-TPD分析48
• 3.3 SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2的制备条件对催化制备生物柴油产率的影响48-52
• 3.3.1 焙烧温度的影响48-50
• 3.3.2 催化剂Sn/Si摩尔比的影响50-51
• 3.3.3 浸渍液种类和浓度的影响51-52
• 3.4 反应条件对脂肪酸甲酯收率的影响52-57
• 3.4.1 醇油比的影响52-53
• 3.4.2 催化剂用量的影响53-54
• 3.4.3 反应温度和时间的影响54-55
• 3.4.4 反应体系中水的影响55-56
• 3.4.5 脂肪酸的影响56-57
• 3.5 结论57-58
• 第四章 改性固体超强酸催化制备生物柴油初探58-67
• 4.1 固体超强酸催化剂改性进展58-62
• 4.1.1 制备方法的改性58
• 4.1.2 对促进剂的改性58-59
• 4.1.3 对载体的改性59-62
• 4.2 改性固体超强酸催化制备生物柴油62-66
• 4.2.1 超强酸引入其他金属氧化物62-63
• 4.2.2 超强酸引入分子筛63-66
• 4.3 结论66-67
• 第五章 固体超强酸催化制备生物柴油失活及再生67-70
• 5.1 SO_4~(2-)/M_XO_Y型固体超强酸的失活与再生67
• 5.2 SO_4~(2-)/SnO_2-SiO_2催化制备生物柴油的失活及其再生67-69
• 5.3 结论69-70
• 第六章 总结与设想70-73
• 6.1 总结70-71
• 6.2 设想71-73
• 参考文献73-81
• 致谢81-82
• 硕士期间发表论文82

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 于海莲;;碘催化大豆油合成大豆油甲酯条件的优化[J];大豆科学;2010年05期

2 侯凯丽;赵华;田薇薇;李会鹏;;固体催化剂催化酯交换反应制备生物柴油研究进展[J];工业催化;2010年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 胡智杰;固体碱催化制备生物柴油的研究[D];长安大学;2010年

2 任娜;生物柴油管式反应器固体酸催化剂的研制[D];南昌大学;2011年

3 张霞;磁性多酸复合催化剂的制备及催化性能研究[D];东北师范大学;2011年

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本文编号：312981