油酸甲酯的清洁合成工艺研究

发布时间：2017-09-19 08:26

  本文关键词：油酸甲酯的清洁合成工艺研究

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【摘要】：随着能源的不断枯竭以及人们对能源的需求量的不断增多,生物柴油作为一种可再生能源已成为不可替代的重要有机资源,脂肪酸甲酯就是生物柴油领域中重要的一种,其生产制备已经实现工业化,生产技术己经很娴熟,但是存在着不可避免的问题,例如硫酸催化酯化反应中造成的腐蚀设备和大量的排放废水等。针对传统旧工艺存在的问题,本课题就是以脂肪酸甲酯的清洁合成工艺为路线进行研究的,用氯化胆碱和对甲苯磺酸合成的DES替代硫酸作为酯化反应的催化剂。本课题具体从以下四个方面进行:1)本实验以氯化胆碱和乙二醇形成的DES为例进行制备和物性的研究。由氢键供体和氢键给体按一定摩尔比形成无色透明溶液,其物理性质与氢键给体所占摩尔比密切相关。氯化胆碱与乙二醇所形成的低共熔溶剂(DES-EG)中乙二醇所占摩尔分数越小,物质的密度越大,物质越黏稠。DES-EG的凝固点首先随混合物中的乙二醇含量增加而降低,当氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2时,凝固点最低为-66℃,然后低共熔溶剂的凝固点反而随着乙二醇含量的不断地增加而增大。DES-EG的热分解温度在两者热分解温度之间,热稳定性相对离子液体较差。2)实验选取氯化胆碱与对甲苯磺酸形成的DES为催化剂,将油酸分别与甲醇,一缩二乙二醇,甘油反应,比较后发现油酸与一元醇反应转化率最高,将油酸与甲醇反应优化后得到较好工艺参数为:催化剂氯化胆碱/对甲苯磺酸摩尔比为1:3,反应温度为85℃,搅拌速度为400r/min,反应时间为4h的反应条件进行实验验证,最终得到产品酸值为2.68mgKOH/g,产品酯化率高达到98.3%。DES型催化剂与对甲苯磺酸分别催化此反应,产品的转化率相差不大,但DES型催化剂所得产品颜色较浅,简化了后续的脱色工序,这是DES型催化剂优于统催化法的地方。3)酯化反应结束后最重要的一步就是对产物进行提纯,针对本课题的反应产物而言,需要去除反应产物中残留的催化剂。经过实验的多次对比发现这种新型的低共熔溶剂精制法优于传统水洗精制法,其最佳工艺条件为:温度设定为60℃,搅拌速度设定为200r/min,尿素与氯化胆碱摩尔比设定为3:1,DES-Urea与油酸甲酯的体积比设定为1:1时为此反应的最佳的反应条件。4)每次萃取完油酸甲酯粗品的催化剂后回收,用于循环使用,由实验数据可知,在第6次时萃取效果明显低于前五次,低共熔溶剂可以循环使用5次,DES的重复使用,将实现无废酸,无废水的绿色环保。
【关键词】：油酸甲酯 低共熔溶剂 摩尔比 清洁合成 精制 循环使用
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667;TQ203
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 生物柴油10
• 1.2 生物柴油的用途10-11
• 1.3 生物柴油的优势11
• 1.4 生物柴油的原料11-13
• 1.4.1 植物油12
• 1.4.2 动物油12
• 1.4.3 工业、餐饮废油12-13
• 1.4.4 微藻油脂13
• 1.5 制备生物柴油的催化剂分类13-14
• 1.5.1 酸性催化剂13-14
• 1.5.2 碱性催化剂14
• 1.5.3 生物酶催化剂14
• 1.6 国内外制备方法研究现状14-16
• 1.6.1 化学方法14-15
• 1.6.2 物理方法15-16
• 1.7 国内外精制工艺研究现状16-18
• 1.7.1 水洗精制方法16
• 1.7.2 真空连续蒸馏16-17
• 1.7.3 分子蒸馏技术17
• 1.7.4 超临界萃取精馏17
• 1.7.5 无机膜分离17-18
• 1.8 课题的研究意义、目的和研究内容18-22
• 1.8.1 课题的研究意义18-19
• 1.8.2 课题的研究目的19
• 1.8.3 课题的研究内容19-22
• 第2章 低共熔溶剂的制备研究22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 实验药品与仪器22-23
• 2.2.1 实验药品22
• 2.2.2 实验仪器与设备22-23
• 2.3 低共熔溶剂与离子液体的比较23
• 2.4 低共熔溶剂的制备过程23-24
• 2.5 低共熔溶剂的物性研究24-27
• 2.5.1 密度24-25
• 2.5.2 粘度25
• 2.5.3 凝固点25-26
• 2.5.4 热稳定性26-27
• 2.6 低共熔溶剂的结晶问题讨论27-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 油酸甲酯的清洁合成工艺研究32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 实验试剂与仪器32-33
• 3.2.1 实验所用试剂32
• 3.2.2 实验仪器与设备32-33
• 3.3 油酸甲酯的合成33-34
• 3.3.1 DES型催化剂的选择33
• 3.3.2 反应原理33-34
• 3.3.3 检测方法34
• 3.4 实验部分34-41
• 3.4.1 油酸与甲醇的反应情况34-35
• 3.4.2 油酸与甘油的反应情况35
• 3.4.3 油酸与一缩二乙二醇的反应情况35-37
• 3.4.4 传统酸催化法和DES-P-TSA催化法对酯化率的影响37-38
• 3.4.5 DES-P-TSA催化法对酯化率的单因素实验38-41
• 3.5 正交试验验证工艺41-43
• 3.6 DES-P-TSA型催化剂的稳定性、分离及回收使用43
• 3.7 本章小结43-46
• 第4章 油酸甲酯的精制工艺研究46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 材料与仪器46-48
• 4.2.1 实验材料46-47
• 4.2.2 实验仪器与设备47
• 4.2.3 实验检测方法47-48
• 4.3 实验部分48-50
• 4.3.1 水和DES-Urea脱酸处理48-50
• 4.4 低共熔溶剂精制法的工艺研究50-52
• 4.4.1 低共熔溶剂精制法的单因素实验50-52
• 4.5 正交试验验证工艺52-54
• 4.6 DES-Urea的回收54-55
• 4.6.1 DES-Urea的循环使用54-55
• 4.7 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间所发表的论文62-64
• 致谢64

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本文编号：880570