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可再生壳聚糖基功能材料的制备及催化生物柴油合成的研究

发布时间:2021-05-22 18:59
  随着经济和社会的快速发展,人类依赖的化石能源,已经逐渐减少,可能导致能源危机。以及由此产生的全球气候变暖的问题日益突出,这迫使人们开始寻找可再生能源以替代化石燃料,这已成为当前的研究热点。同时,节能减排、保障能源和环境安全是我国长期面对的难题,开发环保、可再生的生物燃料成为国家的战略需求。由于生物质是地球上存在的唯一有机碳源,所蕴藏的能量相当惊人。于是,把生物质当中的酯类用来制备生物燃料,尤其是生物柴油,得到了科学家的关注,而且潜力十分巨大。我们制备了一系列来源于生物质的壳聚糖基功能化材料,用来构建高效的“一锅法”催化体系,通过调控催化材料的物化性能和优化反应条件,筛选得到了性能优异的功能化催化剂,可以高效、绿色的制备生物柴油。重点探讨了催化剂的比表面积、孔径、形貌、酸碱性、疏水性和磁性能对反应产率的影响,并对反应的动力学进行了研究。取得了如下主要结果:1.可再生壳聚糖衍生的磁性酸(FCHC-SO3H)的制备、表征及高效催化高酸值原料制备生物柴油生物质基磁性酸由于原料来源广泛,性质稳定而受到青睐,再结合双壳中空催化剂比表面积较大、活性位点多的优势,使得催化剂拥有更... 

【文章来源】:贵州大学贵州省 211工程院校

【文章页数】:180 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
Abstract
缩略语(Abbreviations)
前言
第一章 绪论
    1.1 生物柴油简介
    1.2 固体酸在生物柴油合成中的应用进展
        1.2.1 磺酸功能化固体酸
        1.2.2 杂多酸功能化固体酸
            1.2.2.1 磷钨酸盐
            1.2.2.2 负载型杂多酸
        1.2.3 超强酸及金属氧化物型固体酸
    1.3 固体碱在合成生物柴油中的研究进展
        1.3.1 金属氧化物
        1.3.2 复合金属氧化物
        1.3.3 SiO_2负载碱催化剂
    1.4 壳聚糖基催化剂载体的研究进展
    1.5 小结及展望
    1.6 研究目的及内容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究内容
第二章 可再生壳聚糖基磁性酸(FCHC-SO_3H)高效催化高酸值原料制备生物柴油
    2.1 引言
    2.2 立题的思想和依据
    2.3 实验部分
        2.3.1 主要原料与试剂
        2.3.2 主要仪器与设备
        2.3.3 催化剂的制备
            2.3.3.1 纳米Fe_3O_4的制备
            2.3.3.2 双壳磁性壳聚糖的合成
            2.3.3.3 酸性催化剂的制备
        2.3.4 催化剂的表征方法
            2.3.4.1 X-射线粉末衍射表征(XRD)
            2.3.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            2.3.4.3 热重分析(TGA)
            2.3.4.4 磁滞回线测试(VSM)
            2.3.4.5 扫描电镜(SEM)
            2.3.4.6 透射电镜(TEM)
            2.3.4.7 N_2吸附脱附分析
            2.3.4.8 酸密度中和滴定
        2.3.5 催化剂的在生物柴油中的应用
            2.3.5.1 油酸与甲醇的酯化反应
            2.3.5.2 重复使用性研究
        2.3.6 产率的检测
        2.3.7 油酸和甲醇进行酯化反应的动力学
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 催化剂表征分析
            2.4.1.1 X射线粉末衍射(XRD)
            2.4.1.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            2.4.1.3 热重分析(TGA)
            2.4.1.4 磁性能分析(VSM)
            2.4.1.5 扫描电镜分析(SEM)
            2.4.1.6 透射电镜分析(TEM)
            2.4.1.7 N_2吸附脱附分析
            2.4.1.8 酸密度测定分析
        2.4.2 生物柴油的产率检测
        2.4.3 反应催化剂的筛选
        2.4.4 反应条件产率的影响
            2.4.4.1 反应温度对产率的影响
            2.4.4.2 反应时间对产率的影响
            2.4.4.3 醇与油酸摩尔比对产率的影响
            2.4.4.4 催化剂用量对产率的影响
        2.4.5 催化剂的重复使用性研究
        2.4.6 反应的动力学研究
        2.4.7 催化活性的对比
    2.5 本章小结
第三章 钴掺杂壳聚糖碳基酸性催化剂用于催化非食用油制备生物柴油的研究
    3.1 引言
    3.2 立题的思想和依据
    3.3 实验部分
        3.3.1 实验部分材料与试剂
        3.3.2 主要仪器与设备
        3.3.3 催化剂的制备
        3.3.4 催化剂表征
            3.3.4.1 X-射线粉末衍射表征(XRD)
            3.3.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            3.3.4.3 热重分析(TGA)
            3.3.4.4 水接触角表征
            3.3.4.5 扫描电镜(SEM)
            3.3.4.6 透射电镜(TEM)
            3.3.4.7 N_2吸附脱附分析
            3.3.4.8 元素分析
            3.3.4.9 酸密度中和滴定
        3.3.5 一锅法催化转化高酸值原料制备生物柴油
        3.3.6 产率检测
        3.3.7 耐水性和重复使用性的测试
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 催化剂表征分析
            3.4.1.1 XRD分析
            3.4.1.2 FT-IR分析
            3.4.1.3 TG分析
            3.4.1.4 水接触角
            3.4.1.5 SEM分析
            3.4.1.6 TEM分析
            3.4.1.7 N2吸附脱附分析
            3.4.1.8 元素分析
            3.4.1.9 酸密度中和滴定
        3.4.2 生物柴油产率的检测
        3.4.3 不同催化剂的筛选
        3.4.4 反应条件对生物柴油产率的影响
            3.4.4.1 反应温度对产率的影响
            3.4.4.2 反应时间对产率的影响
            3.4.4.3 醇油摩尔比对产率的影响
            3.4.4.4 催化剂量对产率的影响
        3.4.5 催化剂耐水性研究
        3.4.6 催化剂的重复使用性研究
        3.4.7 反应动力学研究
        3.4.8 底物拓展及放大反应
        3.4.9 催化活性的对比
    3.5 结论
第四章 磁性壳聚糖基酸性碳凝胶在催化高酸值原料制备生物柴油中的应用
    4.1 引言
    4.2 立题思想与设计思路
    4.3 实验部分
        4.3.1 材料与试剂
        4.3.2 主要仪器与设备
        4.3.3 催化剂的制备
            4.3.3.1 Fe_3O_4@SiO_2 的制备
            4.3.3.2 Fe_3O_4@SiO_2@CS凝胶的制备
            4.3.3.3 Fe_3O_4@SiO_2@C-SO_3H的制备
            4.3.3.4 对比催化剂CS-SO_3H的制备
        4.3.4 催化剂的表征
            4.3.4.1 XPS分析
            4.3.4.2 X-射线粉末衍射表征(XRD)
            4.3.4.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            4.3.4.4 热重分析
            4.3.4.5 扫描电镜(SEM)
            4.3.4.6 透射电镜(TEM)
            4.3.4.7 N_2吸附脱附分析
            4.3.4.8 酸密度中和滴定
            4.3.4.9 水接触角表征
        4.3.5 催化油酸酯化反应制备生物柴油
        4.3.6 反应动力学研究
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 催化剂表征分析
            4.4.1.1 XPS分析
            4.4.1.2 XRD分析
            4.4.1.3 红外分析
            4.4.1.4 TG分析
            4.4.1.5 磁性能分析
            4.4.1.6 SEM分析
            4.4.1.7 TEM分析
            4.4.1.8 N_2吸附脱附分析
            4.4.1.9 酸密度测定
            4.4.1.10 水接触角
        4.4.2 催化剂的筛选
        4.4.3 反应条件的优化
            4.4.3.1 反应温度对产率的影响
            4.4.3.2 反应时间对产率的影响
            4.4.3.3 醇和油酸的摩尔比对产率的影响
            4.4.3.4 催化剂量对产率的影响
        4.4.4 耐水性研究
        4.4.5 重复使用性研究
        4.4.6 动力学研究
        4.4.7 催化活性的对比
    4.5 结论
第五章 壳聚糖螯合金属离子纳米催化剂的筛选、表征及制备生物柴油的应用
    5.1 引言
    5.2 立题思想与设计思路
    5.3 实验部分
        5.3.1 材料与试剂
        5.3.2 主要仪器与设备
        5.3.3 催化剂制备
        5.3.4 催化剂表征
            5.3.4.1 X-射线粉末衍射表征(XRD)
            5.3.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            5.3.4.3 热重分析
            5.3.4.4 TPD表征
            5.3.4.5 N_2吸附脱附分析
            5.3.4.6 扫描电镜(SEM)
            5.3.4.7 透射电镜(TEM)
        5.3.5 酯交换催化反应
        5.3.6 重复使用性
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 催化剂的表征
            5.4.1.1 XRD表征分析
            5.4.1.2 傅里叶红外表征分析
            5.4.1.3 热重分析
            5.4.1.4 N_2吸附脱附
            5.4.1.5 TPD表征
            5.4.1.6 SEM表征分析
            5.4.1.7 TEM表征分析
        5.4.2 催化剂的筛选
        5.4.3 反应条件对产率的影响
            5.4.3.1 温度对反应产率的影响
            5.4.3.2 反应时间对产率的影响
            5.4.3.3 醇油摩尔比对产率的影响
            5.4.3.4 催化剂量对产率的影响
        5.4.4 重复使用性
        5.4.5 反应动力学研究
        5.4.6 底物拓展
    5.5 结论
第六章 以壳聚糖为模板剂的酸碱双功能材料Ca-B(700)的制备及其在催化制备生物柴油中的应用
    6.1 引言
    6.2 立题思想与设计思路
    6.3 实验部分
        6.3.1 材料与试剂
        6.3.2 主要仪器与设备
        6.3.3 催化剂制备
        6.3.4 催化剂表征
            6.3.4.1 X-射线粉末衍射表征(XRD)
            6.3.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            6.3.4.3 热重分析
            6.3.4.4 TPD表征
            6.3.4.5 N_2吸附脱附分析
            6.3.4.6 扫描电镜(SEM)
            6.3.4.7 透射电镜(TEM)
            6.3.4.8 水接触角表征
            6.3.4.9 吡啶红外表征
        6.3.5 酯交换反应
        6.3.6 催化剂可重复使用性
    6.4 结果与讨论
        6.4.1 催化剂表征结果
            6.4.1.1 XRD分析
            6.4.1.2 FT-IR分析
            6.4.1.3 TGA分析
            6.4.1.4 TPD分析
            6.4.1.5 N_2吸附/脱附分析
            6.4.1.6 SEM分析
            6.4.1.7 TEM分析结果
            6.4.1.8 水接触角分析
            6.4.1.9 吡啶红外分析
        6.4.2 催化剂筛选
        6.4.3 反应条件的优化
            6.4.3.1 反应温度对产率的影响
            6.4.3.2 反应时间对产率的影响
            6.4.3.3 醇油摩尔比对产率的影响
            6.4.3.4 催化剂量对产率的影响
        6.4.4 催化剂比表面积、孔体积和孔径对产率的影响
        6.4.5 催化剂平均粒径大小对产率的影响
        6.4.6 催化剂重复使用性
        6.4.7 底物拓展
    6.5 结论
第七章 磁性介孔壳聚糖碳基碱性材料的制备、表征及其在催化梧桐油制备生物柴油中的应用
    7.1 前言
    7.2 立题思想与设计思路
    7.3 实验部分
        7.3.1 材料与试剂
        7.3.2 主要仪器与设备
        7.3.3 催化剂制备
            7.3.3.1 Co-MOF的制备
            7.3.3.2 Ca-Co-MOF@CS的合成
            7.3.3.3 磁性催化剂的制备
        7.3.4 催化剂表征
            7.3.4.1 XPS分析
            7.3.4.2 X-射线粉末衍射表征(XRD)
            7.3.4.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            7.3.4.4 热重分析
            7.3.4.5 磁滞回线测试(VSM)
            7.3.4.6 N_2吸附脱附分析
            7.3.4.7 扫描电镜(SEM)
            7.3.4.8 透射电镜(TEM)
            7.3.4.9 CO_2-TPD
        7.3.5 酯交换反应
    7.4 结果与讨论
        7.4.1 CO-MOF的表征
            7.4.1.1 XRD分析
            7.4.1.2 SEM分析
            7.4.1.3 TEM分析
            7.4.1.4 N_2吸附脱附
        7.4.2 磁性系列催化剂表征
            7.4.2.1 XPS分析
            7.4.2.2 XRD分析结果
            7.4.2.3 红外分析
            7.4.2.4 热重分析
            7.4.2.5 VSM分析
            7.4.2.6 N_2吸附脱附分析
            7.4.2.7 SEM分析结果
            7.4.2.8 TEM分析
            7.4.2.9 CO_2-TPD分析结果
        7.4.3 反应条件对产率的影响
            7.4.3.1 反应温度对产率的影响
            7.4.3.2 反应时间对产率的影响
            7.4.3.3 醇油摩尔比对产率的影响
            7.4.3.4 催化剂量对产率的影响
        7.4.4 室温条件下生物柴油的合成研究
        7.4.5 重复使用性研究
        7.4.6 催化剂性能对比
    7.5 结论
第八章 结论
    8.1 主要结论
    8.2 存在不足及未来工作展望
参考文献
致谢
附录
    F-1 攻读博士期间发表的论文
    F-2 攻读博士期间参与的科研项目


【参考文献】:
期刊论文
[1]生物质基碳气凝胶制备及应用研究[J]. 杨喜,刘杏娥,马建锋,江泽慧.  材料导报. 2017(07)
[2]壳聚糖微球的制备及其在药物载体中的应用[J]. 高艳,王瑄,万明,王建华,陈鹏,王梅珍.  功能材料. 2015(02)
[3]稻壳炭基固体酸催化剂的制备及其催化酯化反应性能[J]. 李明,陈登宇,朱锡锋.  催化学报. 2013(09)
[4]我国生物柴油产业发展的态势分析[J]. 莫笑萍,庞斌,白璐,肖丽娜.  生态经济. 2012(06)
[5]壳聚糖的提取来源及方法研究[J]. 索一婷,曲琪环,于娟娟.  吉林农业. 2011(04)
[6]云南发展生物质能的比较优势与策略[J]. 郭安,赵祎.  西南林学院学报. 2007(02)

博士论文
[1]基于合成生物燃料的功能化酸碱催化剂的制备及性能研究[D]. 潘虎.贵州大学 2019
[2]固体碱催化植物油制备生物柴油的基础研究[D]. 孙辉.浙江大学 2012

硕士论文
[1]壳聚糖基土壤重金属螯合剂的研究[D]. 罗珊.贵州大学 2019
[2]胶原/壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的原位合成及其性能研究[D]. 梁绵慧.中国矿业大学 2016
[3]壳聚糖微球的制备及其固定化酶的研究[D]. 段玮.湖南师范大学 2012
[4]蟹壳生物柴油催化剂的制备及其催化性能研究[D]. 付磊.华中农业大学 2010



本文编号:3201510

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