高分子固体酸的制备及其在生物柴油合成中的应用

发布时间：2018-01-17 00:17

  本文关键词：高分子固体酸的制备及其在生物柴油合成中的应用　出处：《贵州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着世界经济的迅速发展,石化能源消费日趋增长,储量不断减少。另一方面,石化能源燃烧而产生的废气加剧环境污染。与传统石化柴油相比,生物柴油具有可再生性、生物可降解性、环保性、无毒、润滑性以及闪点高等优点,被认为是一种重要的可再生绿色替代能源。高分子固体酸具有腐蚀低、可重复使用、可避免皂化现象、易修饰及活性高等优点,在生物柴油领域拥有广阔的发展前景。本论文制备了三类功能化的高分子固体酸催化剂,并将其催化高游离脂肪酸的非粮油料制备生物柴油。研究结果如下:(1)以二乙烯基苯(DVB)及1-乙烯基咪唑(VI)等为原料,合成一种咪唑功能化介孔高分子(PDVB-VI)材料,先与1,3-丙磺酸内酯季胺化,再与HCl、H2SO4、CF3SO3H或H3PW12O40反应,制备一系列含不同阴离子([Cl]、[HSO4]、[CF3SO3]、[PW12O40])的离子液体功能化高分子固体酸催化剂PDVB-[C3VI][X]。对其进行FT-IR、元素分析、N2-吸附/脱附和SEM表征,并通过催化油酸与甲醇酯化反应制备生物柴油对其催化活性进行探究。结果表明,在催化剂用量为4 wt.%、醇油摩尔比为30:1、反应4 h、反应温度T=130℃条件下,油酸转化率由高到低的顺序为PDVB-[C3VI][CF3SO3](96.5%)、PDVB-[C3VI][HSO4](78.6%)、PDVB-[C3VI][Cl](58.8%)、PDVB-[C3VI][PW12O40](36.3%)。筛选出活性最好的催化剂为PDVB-[C3VI][CF3SO3],采用单因素优化法,对其催化油酸与甲醇酯化反应进行条件优化,在催化剂用量为4 wt.%、醇油摩尔比为30:1、反应时间为4 h、反应温度为T=130℃的最优反应条件下,油酸转化率达96.5%。(2)为提高催化剂的活性,通过氯磺酸(ClSO3H)对催化剂PDVB-[C3VI][HSO4]进行磺化,合成出具有磺酸功能化及离子液体功能化介孔高分子固体酸催化剂(PDVB-SO3H-[C3VI][HSO4])。对其进行XPS、FT-IR、元素分析、N2-吸附/脱附、TEM、SEM及TG等技术表征。结果表明磺酸及离子液体成功负载到高分子材料上,且催化剂PDVB-SO3H-[C3VI][HSO4]存在大量的介孔结构,比表面积为281.00 m2/g和酸密度为2.58 mmol H+/g。该介孔固体酸催化高酸值的续随子油(24.42 mg KOH/g)的酯化反应,采用单因素法,对其反应条件进行优化,在最优的反应条件:醇油摩尔比:50:1,催化剂量为6 wt.%,反应温度为65℃,反应时间为3 h,续随子油的酯化率为96.4%;该催化剂也应用于催化粗麻疯树油(15.96 mg KOH/g)与甲醇“一锅法”制备生物柴油,通过单因素优化法,得到最优的反应条件为:醇油摩尔比为50:1,催化剂量为6 wt.%,反应温度为160℃,反应时间为8 h,在此条件下FAMEs含量达95.4%。(3)以高比表面积的介孔聚二乙烯基苯(PDVB)为载体,对载体进行修饰,合成了乙二胺(En)功能化介孔聚二乙烯基苯,再进行磺化,首次合成了多磺酸功能化介孔高分子固体酸催化剂PDVB-SO3H-CH2-En-SO3H。对其进行了XPS、FT-IR、元素分析、N2-吸附脱附、TEM、SEM及TG等技术表征。结果表明磺酸基团成功的负载到介孔聚二乙烯基苯上,催化剂PDVB-SO3HCH2-En-SO3H存在大量的介孔结构,比表面积为369.00 m2/g和酸密度为1.98mmol H+/g。并对其催化油酸与甲醇的酯化反应制备生物柴油条件进行优化,在醇油摩尔比为30:1、催化剂用量为4 wt.%、反应温度为100℃、反应时间为4h的最优反应条件下,油酸的转化率为98.1%,且该催化剂能适用于不同碳链的高级脂肪酸与甲醇的酯化反应中,在醇油摩尔比为30:1、催化剂用量为4 wt.%、反应温度为100℃、反应时间为4 h的反应条件下,软脂酸、月桂酸、十四酸及硬脂酸的转化率分别为92.5%、90.3%、89.0%和87.1%。
[Abstract]:In this paper , a series of functionalized polymer solid acid catalysts ( PDVB - VI ) were synthesized by esterification of oleic acid with methanol . The results showed that the conversion of oleic acid was 4 wt . % , the molar ratio of alcohol to oil was 30 鈭，

本文编号：1435466