固体碱催化剂的制备、表征及其在餐饮废油制备生物柴油中的应用

发布时间：2017-05-07 13:16

  本文关键词：固体碱催化剂的制备、表征及其在餐饮废油制备生物柴油中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着化石能源的日益枯竭及其在使用过程中所带来的严重环境污染问题，开发与利用环境友好的可再生能源已迫在眉睫。生物柴油具有可再生、环保性好、安全性高、使用性能佳以及兼容性高的突出优点，被公认为是矿物柴油的理想替代品。我国每年都会产生大量的餐饮废油，既污染环境，又危害人们的健康。若能将这些餐饮废油转化为生物柴油，不仅能够有效消除餐饮废油的危害，而且可以为制备生物柴油提供充足的原料，具有很高的应用价值。因此，本论文选取购买的餐饮废油为初始原料来制备生物柴油。首先对餐饮废油进行纯化处理，使其达到制备生物柴油的原料要求。然后通过所合成的锌镧固体碱和Ca/SBA-15固体碱催化酯交换反应将纯化后的餐饮废油转化为生物柴油，优化了固体碱催化剂的制备条件和酯交换法制备生物柴油的反应条件，表征了最佳催化剂的相关理化性质，考察了最佳催化剂的重复使用性能，并对制得的生物柴油进行了成分分析和产率计算。本论文的主要研究成果如下： (1)采用共沉淀法，以草酸铵为沉淀剂，制备了锌镧固体碱催化剂，将其应用于催化酯交换反应制备生物柴油。通过热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)以及扫描电子显微镜(SEM)等方法对催化剂的组成和形貌进行表征。结果表明，700℃焙烧制备的Zn/La摩尔比为3:1的固体碱催化剂具有最佳的催化活性。最佳催化剂是由ZnO和La2O3均匀混合组成，粒径在100nm左右。在醇油摩尔比为36:1、催化剂用量5wt.%(为油的质量)、200℃反应3h的最佳反应条件下，生物柴油产率能够达到91.6wt.%。最佳催化剂在使用过程中存在一定程度的流失问题，但连续使用4次后，，生物柴油的产率仍能保持在80wt.%以上。 (2)采用溶胶凝胶法，以正硅酸四乙酯为硅源、乙酸钙为钙源、P123为模板剂，经一步焙烧制备了Ca/SBA-15固体碱催化剂，将其应用于催化酯交换反应制备生物柴油。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、透射电子显微镜(TEM)以及N2吸附-脱附分析等方法对催化剂的组成和形貌进行表征。结果表明，在700℃焙烧制备的Ca/Si摩尔比为0.2的固体碱催化剂具有最佳的催化活性。最佳催化剂能够很好地保持SBA-15材料原有的二维六方相有序介孔结构，比表面积达到406.7m2g-1。在醇油摩尔比12:1，催化剂用量5wt.%，氮气气氛中65℃反应7h的最佳反应条件下，生物柴油产率可以达到94.7wt.%。最佳催化剂经洗涤和干燥后无需活化即可继续用于下一次的反应，连续使用5次后，催化剂的活性有所下降，但制得的生物柴油产率仍能保持在86wt.%以上。 (3)通过气相色谱-质谱(GC-MS)对两种最佳固体碱催化剂催化制得的生物柴油进行了成分分析。结果表明：最佳锌镧固体碱催化剂和最佳Ca/SBA-15固体碱催化剂制得的生物柴油成分相似，两种生物柴油中不饱和脂肪酸甲酯的相对含量分别为74.0wt.%和70.5wt.%，均主要含有9种主要的脂肪酸甲酯，含量由高到低分别为油酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、亚麻酸甲酯、棕榈油酸甲酯、花生一烯酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯和花生酸甲酯。
【关键词】：ZnO-La2O3 Ca/SBA-15 固体碱催化剂 餐饮废油 生物柴油
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE667;O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 文献综述12-30
• 1.1 生物柴油的研究背景和意义12-14
• 1.2 国内外生物柴油的发展现状14-16
• 1.3 生物柴油的原料种类16-18
• 1.3.1 动植物油脂17
• 1.3.2 微生物油脂17
• 1.3.3 废弃废油17-18
• 1.4 生物柴油的制备方法18-20
• 1.4.1 直接混合法18
• 1.4.2 微乳液法18-19
• 1.4.3 高温热裂解法19
• 1.4.4 酯交换法19-20
• 1.5 酯交换法制备生物柴油的催化剂20-28
• 1.5.1 酸催化剂20-22
• 1.5.2 碱催化剂22-26
• 1.5.3 离子液体催化剂26
• 1.5.4 生物酶催化剂26-27
• 1.5.5 超临界流体技术27-28
• 1.6 本文的研究目标和主要研究内容28-30
• 2 餐饮废油的纯化与物性测定30-39
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-35
• 2.2.1 仪器31
• 2.2.2 试剂31
• 2.2.3 餐饮废油的纯化31-33
• 2.2.4 餐饮废油纯化前后的物性测定33-35
• 2.3 结果与讨论35-38
• 2.3.1 餐饮废油纯化前后的酸值分析35-36
• 2.3.2 餐饮废油纯化后的皂化值分析36-37
• 2.3.3 餐饮废油纯化后平均摩尔质量的计算37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 3 锌镧固体碱催化剂的制备、表征及其催化制备生物柴油的研究39-57
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40-43
• 3.2.1 仪器40
• 3.2.2 试剂40
• 3.2.3 锌镧固体碱催化剂的制备40-41
• 3.2.4 ZnO-La_2O_3固体碱催化剂的表征41-42
• 3.2.5 生物柴油的制备42
• 3.2.6 生物柴油成分及产率分析42-43
• 3.2.7 生物柴油理化性质检测43
• 3.2.8 生物柴油中金属离子含量的测定43
• 3.3 结果与讨论43-56
• 3.3.1 Zn/La 摩尔比与焙烧温度对锌镧固体碱催化剂活性的影响43-45
• 3.3.2 ZnO-La_2O_3固体碱催化剂的组成与形貌45-49
• 3.3.3 酯交换反应条件对生物柴油产率的影响49-51
• 3.3.4 生物柴油的成分及产率51-52
• 3.3.5 生物柴油的理化性质52-53
• 3.3.6 生物柴油中的金属离子含量53-54
• 3.3.7 ZnO-La_2O_3固体碱催化剂重复使用性能评价和催化机理讨论54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 4 Ca/SBA-15 固体碱催化剂的制备、表征及其催化制备生物柴油的研究57-74
• 4.1 引言57-59
• 4.2 实验部分59-62
• 4.2.1 仪器59-60
• 4.2.2 试剂60
• 4.2.3 Ca/SBA-15 固体碱催化剂的制备60
• 4.2.4 Ca/SBA-15 固体碱催化剂的表征60-61
• 4.2.5 生物柴油的制备61-62
• 4.2.6 生物柴油成分及产率分析62
• 4.3 结果与讨论62-73
• 4.3.1 Ca/Si 摩尔比与焙烧温度对 Ca/SBA-15 固体碱催化剂活性影响62-64
• 4.3.2 Ca/SBA-15 固体碱催化剂的组成与形貌64-69
• 4.3.3 酯交换反应条件对生物柴油产率的影响69-71
• 4.3.4 生物柴油的成分及产率71-73
• 4.3.5 0.2Ca/SBA-15-700 固体碱催化剂重复使用性能的评价73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 结论74-76
• 参考文献76-85
• 致谢85-86
• 个人简历86
• 发表的学术论文86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 邬国英,林西平,巫淼鑫,王琳,周亚军;棉籽油间歇式酯交换反应动力学的研究[J];高校化学工程学报;2003年03期

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本文编号：349939