微波—强极化供氢体系中脂肪酸盐脱羧转化烃类机理研究
发布时间：2020-04-24 05:06
【摘要】：由于化石燃料带来的环境污染和供应减少,发展替代性燃料,确保未来交通运输燃料的供应以及清洁燃料的利用非常重要。因此可再生能源的开发和利用已经引起世界各国的关注,并且开始着手研究和开发高热值的可再生烃类燃料。相对于石化燃料,从生物质中获取燃料最大的优势是具有可再生性和零排放性,非食用油脂成为目前获得生物燃料最主要的原料。采用非食用油脂通过酯交换制备生物柴油是目前还比较常用的方法,然而生物柴油也有很多的缺陷:其浊点和冷凝点较高,且低温流动性差,在天气寒冷的时候不适宜使用,并对引擎可能会有一定的损坏;由于含氧官能团的存在,使其热值比石化柴油低9%-13%;其热稳定性和存储稳定性也比较差,容易发生氧化、变质。最近研究报告显示,裂解非食用油脂所得到的产物,具有高能量密度、低含氧量及可再生特性,可作为化石燃料的替代品。由于非食用油脂的水解产物是脂肪酸,因此本研究采用微波辅助脂肪酸盐(脂肪酸的皂化物)脱羧制备烃类燃料,通过GC-MS、FTIR等分析方法分析裂解得到的液体和固体产物,探索不同饱和度、碳原子数、催化剂等对脂肪酸盐裂解产物的影响和脱羧反应机制。首先对油酸钠进行裂解研究,探索不同温度和微波输出功率对裂解产物的影响和脱羧反应机制,结果显示油酸钠的羧基端极性强,在微波场中更容易偶极极化和离子传导,从而使微波选择性的加热羧基端,更有利于脱羧的进行。裂解液体的黏度和密度(2.40-2.55 mm2/s,0.870-0.885 g/cm3),与柴油的物理性质基本相似,从而证明微波控制油酸钠脱羧制备可再生烃类燃料的可行性。以硬脂酸钠、油酸钠、亚油酸钠为研究对象,采用微波辅助裂解技术探究C=C双键的数量对裂解产物的影响和反应机制。通过GC-MS对裂解产物进行分析,研究结果显示,C=C双键的数量对微波裂解不饱和脂肪酸钠盐有一定的影响,不含C=C双键的硬脂酸钠裂解过程中会产生蜡状物,含2个C=C双键的亚油酸钠裂解会得到较多的含氧化合物,这是由于2个C=C双键的存在致使相邻的C-C单键的解离能降低,特别是2个C=C双键之间的C-C单键解离能更低,导致一部分亚油酸钠先发生C-C单键断裂反应,所以含氧化合物相对比较多。以硬脂酸钠、棕榈酸钠、肉豆蔻酸钠、月桂酸钠为研究对象,采用微波辅助裂解技术探究碳原子数对脱羧产物的影响和反应机制。研究结果显示,饱和脂肪酸钠盐的裂解产物主要是C9-C18的烷烃和烯烃,含量高达80%以上,碳原子数少的脂肪酸钠盐裂解产物中烃类的种类相对少一些,碳链越长,裂解产物越复杂。以硬脂酸钾为模型化合物,添加碱性物质镁铝水滑石作为催化剂,在微波辅助的条件下对其进行裂解研究。研究结果显示,镁铝水滑石的加入能够促进硬脂酸钾的羧基脱羧,减少液体产物中含氧化合物的含量,还能促使长链烯烃发生环化反应生成环烷烃,增加热解油中饱和烷烃的量,使其稳定性提高,为航空煤油的进一步精炼提供一定的基础。
【图文】：
效率低下，并且取决于材料的导热系数和对流。相反，介电加热传输电磁逡逑能到热能；它是一种能量转化，而非加热。微波可以穿透材料和储蓄能量，从逡逑而产生的热量可以贯穿材料的内部，而不像外部源。图１．１展示了传统加热和逡逑介电加热系统机制的差异。如这个图所示，微波加热下材料中心的温度比材料逡逑周围温度高，不像传统的加热［９８＃］。据文献报道，有三种可能的方式增强化学逡逑反应使用微波辐射技术［１（）（）］，包括：（１）热效应（高反应温度的影响，可以迅速逡逑获得当辐射极性材料在微波领域）１Ｋｎ］，逦（２）特定的微波效应（可以通过微波辐逡逑射加热机制的独特性质引起且不能由常规加热来实现）和（３）非热效应逡逑（化学转化的加速不能被定义为热的或特定的微波效应）［１（）３］。逡逑Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ逡逑ｈｅａｔｉｎｇ逡逑Ｙ＋Ｘ逡逑ｔ逦ｈｅａｔｉｎｇ逦｜逡逑图
－２０００邋Ｗ无极可调，红外探头控制温度，两套控制程序：微波随着重量的减小逡逑自动降低微波功率；随着设备工作时间的增加自动降低微波功率。反应器为２５０逡逑Ｌ耐高温平底石英反应器。反应前通氮气进行保护。定量收集所有的液态裂逡逑产物，利用气相质谱测定液体裂解产物，傅里叶红外测定仪测定固体裂解残逡逑的特征官能团，采用气相色谱测定其中ＣＯ、Ｃ０２、Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４和Ｃ２Ｈ６逡逑含量。采用称重方法测定裂解固体残渣的重量，采用差量法计算不可冷凝气逡逑产物的总量，上述实验重复三次。逡逑研究微波辐射功率对油酸钠裂解脱羧的影响，取３０邋ｇ油酸钠混合１０％甘油逡逑供氢体）加入石英反应器，反应功率为４００、６００、８００邋Ｗ，时间１０邋ｍｉｎ，后台逡逑电脑记录温度变化，冷凝水循环系统温度设定５邋°Ｃ，收集液体，固体和气体，逡逑别对液体和固体称重，利用差量法计算气体重量。另一个石英瓶加入相同量逡逑馏水，试验条件不变清洗整个系统，冷凝并收集，，通过旋转蒸发，计算剩余逡逑液体量，取３０邋ｇ油酸以同样的试验条件下做对比试验。以同样的试验条件，微逡逑功率下（６００邋Ｗ）不变研究不同的温度（３５０－６００°Ｃ）和不同量供氢体（５％、１０％、逡逑０％）对油酸钠脱羧的影响。逡逑m枳恿髦丶疲危义
本文编号：2638559
【图文】：
效率低下，并且取决于材料的导热系数和对流。相反，介电加热传输电磁逡逑能到热能；它是一种能量转化，而非加热。微波可以穿透材料和储蓄能量，从逡逑而产生的热量可以贯穿材料的内部，而不像外部源。图１．１展示了传统加热和逡逑介电加热系统机制的差异。如这个图所示，微波加热下材料中心的温度比材料逡逑周围温度高，不像传统的加热［９８＃］。据文献报道，有三种可能的方式增强化学逡逑反应使用微波辐射技术［１（）（）］，包括：（１）热效应（高反应温度的影响，可以迅速逡逑获得当辐射极性材料在微波领域）１Ｋｎ］，逦（２）特定的微波效应（可以通过微波辐逡逑射加热机制的独特性质引起且不能由常规加热来实现）和（３）非热效应逡逑（化学转化的加速不能被定义为热的或特定的微波效应）［１（）３］。逡逑Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ逡逑ｈｅａｔｉｎｇ逡逑Ｙ＋Ｘ逡逑ｔ逦ｈｅａｔｉｎｇ逦｜逡逑图
－２０００邋Ｗ无极可调，红外探头控制温度，两套控制程序：微波随着重量的减小逡逑自动降低微波功率；随着设备工作时间的增加自动降低微波功率。反应器为２５０逡逑Ｌ耐高温平底石英反应器。反应前通氮气进行保护。定量收集所有的液态裂逡逑产物，利用气相质谱测定液体裂解产物，傅里叶红外测定仪测定固体裂解残逡逑的特征官能团，采用气相色谱测定其中ＣＯ、Ｃ０２、Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４和Ｃ２Ｈ６逡逑含量。采用称重方法测定裂解固体残渣的重量，采用差量法计算不可冷凝气逡逑产物的总量，上述实验重复三次。逡逑研究微波辐射功率对油酸钠裂解脱羧的影响，取３０邋ｇ油酸钠混合１０％甘油逡逑供氢体）加入石英反应器，反应功率为４００、６００、８００邋Ｗ，时间１０邋ｍｉｎ，后台逡逑电脑记录温度变化，冷凝水循环系统温度设定５邋°Ｃ，收集液体，固体和气体，逡逑别对液体和固体称重，利用差量法计算气体重量。另一个石英瓶加入相同量逡逑馏水，试验条件不变清洗整个系统，冷凝并收集，，通过旋转蒸发，计算剩余逡逑液体量，取３０邋ｇ油酸以同样的试验条件下做对比试验。以同样的试验条件，微逡逑功率下（６００邋Ｗ）不变研究不同的温度（３５０－６００°Ｃ）和不同量供氢体（５％、１０％、逡逑０％）对油酸钠脱羧的影响。逡逑m枳恿髦丶疲危义
本文编号：2638559
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