磁性固体碱催化非食用油脂生产生物柴油的研究

发布时间：2020-04-08 14:09

【摘要】：生物柴油是一种优质可再生绿色生物质能源,具有环保、燃料、润滑三重功效,并且具备便于运输和储存,使用安全以及低温启动性等特性。可以用来生产生物柴油的原材料主要有可食用油脂以及非食用油脂。以均相酸碱作为催化剂的酯交换反应已用于大规模工业化生产生物柴油,但是这种催化剂具有高腐蚀性、分离困难以及并且在使用时会产生大量废水。使用固体碱作为催化剂,不仅可以保证较高的产率,还能避免传统均相催化剂存在的问题,同时在固体碱催化剂的基础上加以磁性,可以保证它得到更好地回收并重复使用。本论文共采取了两种原料进行生物柴油制备,分别是大豆油和餐厨猪油,分别将这两种原料甲酯化,随后进行气质联用分析。首先使用大豆油作原料,以天然的石墨粉为载体制备固体碱催化剂生产生物柴油,考察最佳条件并表征催化剂的性能。随后用餐厨猪油模拟稳定代替的餐厨废油,并以此为原材料,分别考察了竹炭、ZrO2和CeO2磁性固体碱催化剂的制备条件和酯交换法生产生物柴油的反应条件,同时还分析了催化剂多次使用后的产率,最后表征了催化剂的相关性质。本论文的主要结论如下:(1)通过气相色谱-质谱(GC-MS)分析两种原料甲酯化后所含主要成分,其中,大豆油:棕榈酸甲酯、油酸甲酯、二十烷酸甲酯、反式油酸甲酯、亚油酸甲酯以及顺-11,14,17-二十碳三烯酸甲酯;餐厨猪油:棕榈酸甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯、11-十八烯酸甲酯以及9,12-十八碳二烯酸甲酯。(2)采用浸渍法合成了石墨粉固体碱催化剂用于大豆油生产生物柴油。通过不同考察因素的对比实验得出以下结论:最高产率可达到92.30%,对应的K2CO3负载量确定为30%,煅烧温度是500 ℃,煅烧时间是3h,反应温度在70 ℃,醇油摩尔比为8:1,催化剂用量为1.5%,并通过催化剂的相应表征对催化剂的作用进行解释。(3)通过原位合成法制备磁性竹炭固体碱催化剂K/BC-Fe3O4,采用溶胶-凝胶法合成纳米级别磁性固体碱催化剂K/ZrO2-Fe3O4,用于餐厨猪油生产生物柴油的研究,探究了负载比例、煅烧温度、qF烧时间、酯交换反应温度、醇油摩尔比以及催化剂的使用量对其产率的影响,两种催化剂所对应的最高产率分别是92.58%。和90.61%,并分别进行了回收实验,通过5次回收后二者产率均维持在55.00%以上,最后对催化剂进行表征。(4)采用软模板法合成介孔材料Ce02,并通过溶胶-凝胶法合成一种新型磁性固体碱催化剂K/Ce02-Fe304,用于餐厨猪油生产生物柴油的催化剂,最终得到以下结论:在KOH负载量是40%,锻烧温度确定为300 ℃,煅烧时间为3 h的条件下制备催化剂,酯交换反应温度为60 ℃,醇油摩尔比为6:1,催化剂用量为1.50%,酯交换反应时间为3h时,生物柴油的产率最高,为92.02%,通过回收实验可以发现,催化剂经过6次回收后,产率仍然高于82.00%。表征结果表明:合成的催化剂具有超顺磁性的颗粒纳米结构,并且具有较高稳定性。
【图文】：

取大约１０ｇ的油脂样品于２５０邋ｍＬ三口瓶中，向其中加入２０邋ｍＬ的正己再加入３０ｍＬ甲醇和０．２ｇＫＯＨ，充分摇匀，并放入６０°Ｃ的水浴锅中配置回流反应２邋ｈ。反应结束后使用旋转蒸发器蒸馏出多余的甲醇和正己烷，余分进行离心分离，，取出上层轻液，加入正己烷溶解，最后进行ＧＣ－ＭＳ分析２．邋４．邋３邋ＧＧ－ＭＳ检测条件逡逑进样室温度为２５０邋°Ｃ，进样量为０．５邋ＵＬ，分流比为１：４０，邋Ｈｅ气总流４０ｍＬ／ｍｉｎ，柱子流速为１邋ｍＬ／ｍｉｎ，柱室初始温度１６０°Ｃ，保持ｌｍｉｎ，以５°Ｃ／的速率升至２００邋°Ｃ，保持ｌｍｉｎ，再以２°Ｃ邋／ｍｉｎ的速率升至２３０°Ｃ，最后保持ｌｍ２．邋４．邋４邋ＧＧ－ＭＳ检测结果及分析逡逑

逦３２０逦３．７８％逡逑图２－１和表２－２分别表示了大豆油甲酯化后的成分的ＧＣ－ＭＳ谱图和成分分逡逑析，可以反推出大豆油中的脂肪酸成分主要为亚油酸、油酸、反式油酸、棕榈酸、逡逑顺－１１，１４，１７－二十碳三烯酸以及二十烷酸。逡逑（ｘｌ邋，０００，０００）逡逑６．０ＪＴＣ邋一逡逑５．０逡逑４０－逡逑３．０－逡逑２．０：逡逑１０」逡逑一邋—逡逑：１１）邋Ａ逦＿邋ｊｌ）逦一邋八——＇—一一一一逡逑ｊ邋Ｉ逦Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋ｔ邋｜邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋｜邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋ｉ邋ｊ邋Ｉ邋Ｉ邋＇邋ｉ邋ｊ邋ＩＩ邋ｔ邋１逦｜邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋｜邋Ｉ邋ｉ逡逑７．５逦１０．０逦１２５逦１５．０逦１７５逦２０．０逦２２邋５逦２５．０逡逑图２－２纯化后的餐厨猪油甲酯化后的ＧＣ－ＭＳ谱图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋ＧＣ－ＭＳ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｐｕｒｉｆｉｅｄ邋ｋｉｔｃｈｅｎ邋ｌａｒｄ邋ａｆｔｅｒ邋ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ逡逑２３逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X70;TK6

【参考文献】

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本文编号：2619443