介孔碳基固体酸的制备及其在高酸值生物柴油原料预处理中的应用

发布时间：2017-10-28 11:20

  本文关键词：介孔碳基固体酸的制备及其在高酸值生物柴油原料预处理中的应用

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【摘要】：传统固体酸催化剂催化活性高,但是存在催化剂易失活、稳定性不高等缺点。高稳定性和高催化活性的碳基固体酸,成为研究者争相研究的热点之一。常见的碳基固体酸催化剂存在比表面积低、孔径分布差、酸度较低等缺点。介孔材料一种孔径结构介于2-50nm之间的多孔材料,由于其孔道高度有序、具有很高的比表面积,成为催化领域最重要的一类催化剂和催化剂载体。本论文以多孔碳基固体酸催化剂为研究对象,运用SEM. TEM、FT-IR、XRD、N2吸附-脱附等技术对碳基固体酸材料的结构性质进行表征,并研究其在催化高酸值生物柴油原料预酯化反应中的应用。具体的研究内容如下：(1)以十二烷基苯磺酸为表面活性剂和磺化剂,一步法制备了多孔碳基固体酸,其催化活性良好,但是催化剂的稳定性有待进一步提高和改善。该催化剂的表征结果显示,碳基固体酸催化剂呈现不定形碳结构,其表面存在大量孔隙。(2)采用水热碳化、磺化两步法制备碳微球多孔固体酸催化剂,对高酸值混合脂肪酸的酯化降酸反应表现出较好催化效果。碳微球固体酸表面比较光滑且尺寸均匀,微球与微球堆叠在一起的形式,堆积的碳球产生了很多相互连通的空洞结构,孔径分布较广,且催化活性较高、稳定性好。(3)采用软模板法合成介孔碳,再利用水热磺化处理制备介孔碳基固体酸催化剂,在180℃下水热磺化处理22h得到的介孔碳基固体酸表面酸密度最高,对高酸值混合脂肪酸表现出较好的酯化降酸效果。水热磺化处理较好的保持了材料的整体形貌,孔径略微减小。(4)研究介孔碳基固体酸催化餐饮废油脂气相酯化降酸的工艺条件,在催化剂用量3wt%、反应温度110℃,反应时间90min时达到平衡。采用响应面试验设计方法对预酯化反应工艺进行了优化,研究了各反应参数的最佳水平及其交互作用,建立了二次多项式数学模型：Y=98.87+0.32A-2.44A2+0.98B-0.56B2-0.33C-2.36C2-0.015AB-0.073AC-0.38 BC,R2=0.9928(Y代表转化率、A代表反应温度、B代表反应时间、C代表催化剂用量)。反应温度与催化剂用量比之间存在显著的交互作用。根据模型计算得到介孔碳基固体酸催化气相预酯化反应的最佳条件为：反应温度110.65℃、反应时间103.91min、催化剂用量2.85%,酯化率预测最大值为99.35%。实际调整为：反应温度1 10℃、反应时间105min、催化剂用量3%,此时的转化率为99.18%,此时酸值降到1.0mgKOH·g-1,可以满足后续碱催化的脂交换反应。
【关键词】：生物柴油 介孔碳基固体酸 碳微球多孔固体酸 高酸值原料 气相酯化降酸
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667;O643.36
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-27
• 引言13
• 1.1 生物柴油的概述13-19
• 1.1.1 生物柴油的定义13-14
• 1.1.2 生物柴油的优缺点14-16
• 1.1.3 生物柴油的制备16-19
• 1.2 高酸值油脂制备生物柴油的概述19-20
• 1.2.1 生物柴油原料高酸值化19
• 1.2.2 高酸值油脂制备生物柴油的研究进展19-20
• 1.3 碳基固体酸催化剂研究进展20-23
• 1.3.1 碳基固体酸及其基本性质20-21
• 1.3.2 新型碳基材料的制备方法21-22
• 1.3.3 介孔碳基固体酸22-23
• 1.3.4 碳基固体酸在催化高酸值油脂酯化降酸中的应用23
• 1.4 研究目的及意义23-24
• 1.5 研究内容及技术路线24-27
• 1.5.1 研究内容24-25
• 1.5.2 创新点25
• 1.5.3 技术路线25-27
• 第二章 一步法制备多孔碳基固体酸催化剂及其性能研究27-41
• 2.1 试验材料与仪器27-29
• 2.1.1 试验材料27
• 2.1.2 试验仪器与装置27-29
• 2.2 试验方法29-32
• 2.2.1 餐饮废油混合脂肪酸制备29
• 2.2.2 催化剂的制备29
• 2.2.3 催化剂的表征29-30
• 2.2.4 催化性能的测定30-31
• 2.2.5 试验设计31-32
• 2.3 结果与讨论32-40
• 2.3.1 催化剂制备条件对催化性能的影响32-34
• 2.3.2 催化剂的表征34-37
• 2.3.3 多孔碳基固体酸催化高酸值油脂酯化降酸研究37-39
• 2.3.4 催化剂的重复使用性39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 碳微球型多孔固体酸催化剂的制备及其性能研究41-57
• 3.1 试验材料与仪器41-42
• 3.1.1 试验材料41-42
• 3.1.2 试验仪器与装置42
• 3.2 试验方法42-45
• 3.2.1 餐饮废油混合脂肪酸制备42
• 3.2.2 碳微球多孔固体酸的制备42-43
• 3.2.3 材料表征43
• 3.2.4 催化性能的测定43-44
• 3.2.5 试验设计44-45
• 3.3 结果与讨论45-54
• 3.3.1 碳基固体酸制备条件对催化性能的影响45-47
• 3.3.2 催化剂表征47-51
• 3.3.3 碳微球多孔固体酸催化高酸值油脂酯化降酸的研究51-54
• 3.3.4 催化剂的重复使用性54
• 3.4 本章小结54-57
• 第四章 软模板法制备介孔碳基固体酸催化剂及其性能研究57-71
• 4.1 试验材料与仪器58-59
• 4.1.1 试验材料58
• 4.1.2 试验仪器与装置58-59
• 4.2 试验方法59-61
• 4.2.1 餐饮废油混合脂肪酸的制备59
• 4.2.2 催化剂的制备59-60
• 4.2.3 催化剂的表征60
• 4.2.4 催化性能的测定60-61
• 4.2.5 试验设计61
• 4.3 结果与讨论61-68
• 4.3.1 水热磺化条件对催化性能的影响61-63
• 4.3.2 催化剂的表征63-66
• 4.3.3 介孔碳基固体酸催化反应参数对酯化降酸的影响66-68
• 4.3.4 催化剂的重复使用性68
• 4.4 本章小结68-71
• 第五章 介孔碳基固体酸催化高酸值原料预酯化降酸研究71-85
• 5.1 试验材料与仪器设备71-72
• 5.1.1 试验主要原料与试剂71
• 5.1.2 试验仪器与装置71-72
• 5.2 试验方法与设计72-73
• 5.2.1 试验方法72
• 5.2.2 试验设计72-73
• 5.2.3 酸价测定方法73
• 5.2.4 原料转化率测定73
• 5.3 结果与讨论73-82
• 5.3.1 介孔碳基固体酸催化气相酯化单因素试验73-75
• 5.3.2 响应面优化介孔碳基固体酸催化预酯化工艺75-82
• 5.4 本章小结82-85
• 第六章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-95
• 攻读硕士期间的研究成果95-97
• 致谢97

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