磁性钙基固体碱的设计及其催化酯交换合成生物柴油

发布时间：2017-09-20 13:26

  本文关键词：磁性钙基固体碱的设计及其催化酯交换合成生物柴油

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【摘要】：生物柴油作为一种新型的生物质清洁能源,具有环保性和可再生性。以磁性钙基固体碱催化酯交换反应合成生物柴油,不仅解决了传统均相催化剂与产物难分离以及废液污染环境等问题,同时具有对设备无腐蚀、催化活性高、易于磁分离和重复利用性好等优点。本论文主要研究了四类新型的固体碱催化剂,并且对催化剂进行了表征测试以及催化合成生物柴油的活性探究。根据钙镁之间存在的协同作用能够提高氧化钙的催化活性的思想,探究了以铁酸镁为磁核的催化剂。该催化剂在大豆油和甲醇酯交换合成生物柴油的过程中具有较高的催化活性。在催化剂用量1.0 wt.%,醇油摩尔比12:1,反应温度70 oC,反应时间3 h的反应条件下,CaO@MgFe2O4催化剂的生物柴油产率为98.3%。在酯交换反应中,CaO@MgFe2O4催化剂相对于纯氧化钙具有更好的催化活性、耐酸性和耐水性。相对于纯CaO而言,该磁性催化剂在外加磁场的条件下就可以在反应完成后进行回收分离,并且在重复使用5次时,催化产率仍能达到89.7%。这表明CaO@MgFe2O4催化剂有很好的稳定性和再循环使用能力。这些优越的表现可归因于钙和镁之间的协同作用。通过使用草酸钙和草酸镁作为前驱体制备了一种新型钙镁混合氧化物催化剂,并将其应用于大豆油的酯交换反应中。通过分析结果可知,该催化剂具有规整的块状结构并且相对于纯氧化钙具有更好的耐水性能。同时,该CaO-MgO具有更多的碱活性位在甲醇活化过程中提供了更高的催化活性。在以Ca/Mg摩尔比1:3的CaO-MgO作为催化剂,最佳反应条件:催化剂用量1.0 wt.%,醇油摩尔比12:1,70 oC的温度下反应2 h时,得到最高的生物柴油产率98.4%。这种稳定的固体碱催化剂在重复使用5次时,催化产率仍能高于90.0%,这说明混合氧化物CaO-MgO催化剂具有良好的可重复使用性。通过以草酸盐为前驱体合成了一种以CaO-MgO作为活性组分,以CoFe2O4作为磁核的磁性固体碱催化剂,并用于大豆油与甲醇的酯交换反应中。对制备的磁性固体碱催化剂进行了磁滞回线、X-射线衍射(XRD)、CO2-TPD及透射电镜(TEM)表征。考察了不同核壳物质的量比、焙烧温度、反应温度、反应时间、醇油摩尔比以及催化剂用量等因素对大豆油转化为生物柴油产率的影响。结果表明,当核壳摩尔比为1:6、焙烧温度为700 oC、反应温度65 oC、反应时间3 h、醇油物质的量比12:1、催化剂为大豆油质量的1.0 wt.%时,生物柴油最大产率为98.1%。该催化剂在重复利用4次时生物柴油的产率仍高于90.0%。制备了具有磁性和催化活性的双功能催化剂CaO包裹铁酸锶,用于催化大豆油酯交换制备生物柴油的清洁生产过程。对CaO包裹铁酸锶进行了XRD、TEM、磁性和CO2-TPD等表征分析,探讨了该催化剂的重复利用性能。通过透射电镜图片可知该催化剂具有类似于包裹形式的结构。在催化剂用量0.5 wt.%,醇油摩尔比12:1,反应温度70oC,反应2 h的条件下生物柴油产率可达94.9%。
【关键词】：非均相催化 磁性固体碱 生物柴油 酯交换反应
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TE667
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 生物柴油9-15
• 1.1.1 生物柴油的定义9
• 1.1.2 生物柴油的特性9-10
• 1.1.3 生物柴油的原料10-12
• 1.1.4 生物柴油的现状12-14
• 1.1.5 生物柴油的质量标准14-15
• 1.2 生物柴油的制备15-16
• 1.2.1 酯交换反应15-16
• 1.3 酯交换反应催化剂16-21
• 1.3.1 均相碱催化剂16-17
• 1.3.2 固体碱催化剂17-21
• 1.4 研究意义及内容21-22
• 1.4.1 课题研究意义21
• 1.4.2 课题研究内容21-22
• 第二章 CaO@MgFe_2O_4磁性固体碱的合成应用22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 实验原料及仪器22-23
• 2.2.1 实验原料22-23
• 2.2.2 实验仪器23
• 2.3 实验方法及表征方法23-26
• 2.3.1 磁性固体碱CaO@MgFe_2O_4的制备23-24
• 2.3.2 表征方法24-25
• 2.3.3 酯交换反应25-26
• 2.4 结果与讨论26-36
• 2.4.1 催化剂的表征分析26-29
• 2.4.2 CaO@MgFe_2O_4催化剂在生物柴油中的应用29-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 形貌规整的块状混合氧化物CaO-MgO的合成应用37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 实验原料及仪器37-38
• 3.2.1 实验原料37-38
• 3.2.2 实验仪器38
• 3.3 实验方法及表征方法38-39
• 3.3.1 块状CaO-MgO的制备38
• 3.3.2 表征方法38-39
• 3.3.3 酯交换反应39
• 3.4 结果与讨论39-46
• 3.4.1 催化剂的表征分析39-41
• 3.4.2 块状CaO-MgO催化剂在生物柴油中的应用41-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 (CaO-MgO)@CoFe_2O_4磁性固体碱的合成应用47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 实验原料及仪器47-48
• 4.2.1 实验原料47
• 4.2.2 实验仪器47-48
• 4.3 实验方法及表征方法48-49
• 4.3.1 磁性(CaO-MgO)@CoFe_2O_4的制备48
• 4.3.2 表征方法48-49
• 4.3.3 酯交换反应49
• 4.4 结果与讨论49-57
• 4.4.1 催化剂的表征分析49-52
• 4.4.2 磁性固体碱制备条件的优化52-54
• 4.4.3 催化剂催化合成生物柴油的条件优化54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 CaO@(Sr_2Fe_2O_5-Fe_2O_3)磁性固体碱的合成应用58-71
• 5.1 引言58
• 5.2 实验原料及仪器58-59
• 5.2.1 实验原料58
• 5.2.2 实验仪器58-59
• 5.3 实验方法及表征方法59-60
• 5.3.1 磁性CaO包裹铁酸锶的制备59
• 5.3.2 表征方法59
• 5.3.3 酯交换反应59-60
• 5.4 结果与讨论60-69
• 5.4.1 催化剂的表征分析60-62
• 5.4.2 磁性固体碱制备条件的优化62-64
• 5.4.3 催化剂催化合成生物柴油的条件优化64-69
• 5.5 碱催化酯交换反应机理的探究69
• 5.6 本章小结69-71
• 第六章 主要结论及展望71-73
• 6.1 主要结论71
• 6.2 展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-79
• 附录：在攻读硕士期间的研究成果79

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