新型Lewis纳米碳管固体酸制备及其在催化合成生物柴油中的应用

发布时间：2020-09-19 22:54

　　经化学催化生产生物柴油,选择固体酸作为催化剂,具有以下优势:对原料油脂的品质要求低,可同时催化酯化和酯交换反应,克服了传统的液体酸碱催化法的工艺复杂,产生大量的含盐废水等缺点。一种具有灵活空间结构的载体,对于固体酸的催化性能有显著的影响作用。基于纳米碳管是一种两端封闭结构的一维量子材料,严格的空间约束有利于其发挥空间选择催化作用。因此,本研究以纳米碳管作为载体,利用金属或非金属和磺化作用改性修饰纳米碳管,并将其应用于油酸与甲醇酯化反应合成生物柴油的反应体系之中,得到了良好的效果。1.采用高温磺化法修饰改性多壁纳米碳管,利用了F元素的强非金属性,Al元素的金属性以及稀土元素的特殊原子结构,制备了固体酸催化剂F~--SO_4~(2-)/MWCNTs、Al~(3+)-SO_4~(2-)/MWCNTs和Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs。经过表征结果分析,在磺化纳米碳管体系中引入了特定的离子,加强了催化剂的稳定性,减少了硫酸根的流失,改变了碳管表面SO_4~(2-)的化学状态,加剧了体系电荷不平衡趋势,加强了催化剂正电荷过剩的趋势,在消除Br(?)nsted酸性位的同时,增加了Lewis酸性位的含量,降低甚至消除了Br(?)nsted酸因发生水合反应而降低催化效率的可能性。2.考察了在三种体系中,不同的温度,醇油摩尔比以及催化剂的量对转化率的影响。实验结果表明,以F~--SO_4~(2-)/MWCNTs作为催化剂反应时,当催化剂的量为反应物总质量的0.9%,甲醇与油酸摩尔比为12:1,温度为65oC时,反应6小时,油酸转化率可达到90%。以Al~(3+)-SO_4~(2-)/MWCNTs作为催化剂反应时,当醇油摩尔比为12:1,催化剂的用量占反应物体系的质量百分比为0.9%,反应温度为65℃时,反应7小时后,油酸的转化率为95%。以Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs作为催化剂反应时,当醇油摩尔比为14:1,催化剂的用量占反应物体系的质量百分比为1%,反应温度为65℃时,反应5小时后,油酸的转化率为93.4%。3.以F~--SO_4~(2-)/MWCNTs作为催化剂,对油酸与甲醇的酯化反应进行动力学模拟计算。从反应温度、醇油比和催化剂的量这几个方面讨论其对油酸酯化反应的影响。假设反应是拟均相可逆二级反应,结果表明实验数据与模型的假设有较好的吻合,计算得出正逆反应活化能分别为31.46 kJ·mol-1和-16.1 kJ·mol-1。以上的研究结果表明,磺化纳米碳管通过一些特定元素的修饰,改变了磺化纳米碳管的酸性属性,进一步的提高磺化纳米碳管的催化性能,减少酸活性位的流失。纳米碳管或将成为生产生物柴油的新型催化材料。
【学位单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TE667;TQ426
【部分图文】：

结构图,纳米碳管,结构图,催化剂载体

图 1.4 纳米碳管结构图（A）单壁纳米碳管 SWNTs（B）多壁纳米碳管 MWNTs管的性质是一种高效的催化剂载体材料，纳米碳管是一种特殊的碳催化剂载体本身就具有很多优异的性能。这些优点有：性、优秀的机械力学性能以及高热稳定性；有较强的耐受性；可控性(多壁纳米碳管的表面积在 50-500m2g-1,内径在 5-1态具有可塑性；变碳管的化学组成(如氮掺杂和硼掺杂纳米碳管)；化碳管表面来改变碳管的亲水性、pH 值、电子的得失性特殊的化学性质；的催化剂载体相比，具有更强的环境耐受性；

【参考文献】