新型固体碱催化剂在生物柴油合成中的应用

发布时间：2017-04-24 21:09

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【摘要】：随着世界能源的短缺和环境污染的加剧，生物柴油作为可再生清洁燃料，受到世界各国的关注，开发制备简单、低成本有效的固体碱催化剂是研究的热点。本文制备了三种新型固体碱，催化大豆油合成生物柴油，同时通过脂肪酸甲酯与乙二醇单甲醚反应合成了新型生物柴油。 采用研磨法制备了ZnO/Ca(OH)_2/KF催化剂，用于催化大豆油酯交换制备生物柴油。并通过X射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(FT-IR)、哈密特指示剂法、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG/DTG)等手段对催化剂结构进行了表征。考察了KF用量、焙烧温度、催化剂用量、醇油摩尔比、反应温度、反应时间对酯交换反应产率的影响。结果表明氢氧化钙与KF之间相互作用生成的新晶相KCaF_3有助于提高催化活性；催化剂的焙烧温度对碱量有较大的影响。在催化剂用量3%，醇油摩尔比12:1，反应温度65oC，反应1h条件下，生物柴油产率达到97.6%。 采用研磨法制备了纳米级Na_2SiO_3/CaO/KF催化剂，用于催化大豆油制备生物柴油的酯交换反应中。采用哈密特指示剂法，TG/DTA，XRD，FT-IR，SEM和透射电镜等手段对催化剂结构进行了表征，考察了反应条件对酯交换反应的影响。结果表明催化剂有花型结构，颗粒小于100nm，并且有新晶相KCaF_3的生成，在最优反应条件下，生物柴油产率可达到97.0%。 以蒙脱土为载体，采用浸渍法制备了KF/MMT催化剂，，将其催化大豆油制备生物柴油的酯交换反应中。通过XRD，FT-IR，哈密特指示剂法，N2吸附-脱附，SEM等手段对催化剂结构进行了表征。并考察了反应条件对酯交换反应的影响。结果表明加入的KF与载体蒙脱土之间存在相互作用，催化剂表面存在Al-O-K活性中心。以20%KF/MMT为催化剂，在催化剂用量4%，醇油摩尔比12:1，反应温度65oC，反应时间2.5h条件下，生物柴油产率达到97.4%。 将焙烧的硅酸钠应用于脂肪酸甲酯与乙二醇单甲醚的酯交换反应中，制备了一系列乙二醇单甲醚脂肪酸甲酯。考察了催化剂焙烧温度、催化剂用量、反应条件参数对产率的影响以及催化剂的重复使用情况。硅酸钠的物化性质通过TG，XRD，哈密特指示剂法，FT-IR，SEM等手段进行了表征。结果表明硅酸钠对新型生物柴油的制备具有较好的催化活性。在最优反应条件下，乙二醇单甲醚脂肪酸甲酯产率最高可达到90%以上。催化剂可以重复使用三次，催化剂活性没有明显改变。
【关键词】：固体碱催化剂 生物柴油 酯交换反应 脂肪酸甲酯
【学位授予单位】：齐齐哈尔大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O643.36;TE667
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 生物柴油简介11-16
• 1.1.1 第一代生物柴油12-14
• 1.1.2 新型生物柴油14-16
• 1.2 固体碱催化剂在生物柴油制备中的应用16-23
• 1.2.1 钙基金属氧化物类16-18
• 1.2.2 水滑石类18-19
• 1.2.3 负载型固体碱类19-21
• 1.2.4 阴离子交换树脂类21-22
• 1.2.5 其它类22-23
• 1.3 课题意义和研究内容23-24
• 2 实验部分24-33
• 2.1 试剂与仪器24-25
• 2.2 催化剂制备25-27
• 2.2.1 ZnO/Ca(OH)_2/KF 催化剂的制备25-26
• 2.2.2 Na_2SiO_3/CaO/KF 催化剂的制备26-27
• 2.2.3 KF/MMT 催化剂的制备27
• 2.2.4 Na_2SiO_3催化剂的制备27
• 2.3 催化剂表征27-28
• 2.4 酯交换反应28-29
• 2.4.1 大豆油与甲醇酯交换反应28
• 2.4.2 脂肪酸甲酯与乙二醇单甲醚酯交换反应28-29
• 2.5 酯交换反应结果的评价29-33
• 2.5.1 内标法对大豆油酯交换制备生物柴油反应结果的评价29-31
• 2.5.2 面积归一法对制备乙二醇单甲醚脂肪酸酯反应结果的评价31-33
• 3 结果与讨论33-62
• 3.1 ZnO/Ca(OH)_2/KF 催化第一代生物柴油33-41
• 3.1.1 ZnO/Ca(OH)_2/KF 催化剂表征结果33-38
• 3.1.2 ZnO/Ca(OH)_2/KF 制备条件优化38-40
• 3.1.3 反应条件优化40-41
• 3.2 Na_2SiO_3/CaO/KF 催化第一代生物柴油41-47
• 3.2.1 Na_2SiO_3/CaO/KF 催化剂表征结果41-45
• 3.2.2 Na_2SiO_3/CaO/KF 制备条件优化45-46
• 3.2.3 反应条件优化46-47
• 3.3 KF/MMT 催化第一代生物柴油47-52
• 3.3.1 KF/MMT 催化剂表征结果47-50
• 3.3.2 KF/MMT 制备条件优化50
• 3.3.3 反应条件优化50-52
• 3.4 Na_2SiO_3催化新型生物柴油52-62
• 3.4.1 Na_2SiO_3催化剂表征结果52-57
• 3.4.2 月桂酸甲酯与乙二醇单甲醚反应57-59
• 3.4.3 脂肪酸甲酯与乙二醇单甲醚反应59
• 3.4.4 生物柴油与乙二醇单甲醚反应59-62
• 结论62-63
• 展望63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 邓欣;曾虹燕;冯震;;纳米晶镁铝水滑石制备机理及抗毒性研究[J];功能材料;2007年06期

3 赵群;王红岩;刘德勋;杨慎;董雷;;世界生物柴油产业发展现状及我国生物柴油发展建议[J];广州化工;2012年17期

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5 胡凯;韩q

本文编号：324967