丁基生物柴油的制备及性能研究

发布时间：2020-07-31 17:24

【摘要】：众所周知,当前使用石化柴油造成环境的恶化及石化柴油的日益枯竭的困境,让人们越来越意识到可再生的清洁能源对人类可持续发展的重要性。近年来,以生物柴油来代替未来日益枯竭的石化柴油的研究和开发越来越受到研究者的关注。生物柴油是一种利用生物质原料,如动、植物油,餐厨废油或是微藻油制成的长链脂肪酸酯。生物柴油中所含有的碳来源于大气,这也使之成为一种碳平衡燃料,它可以有效解决燃烧石化柴油导致二氧化碳气体的排放引起的环境问题,因此,生物柴油作为一种十分理想的可再生能源,其生产、研发得到了很多国家的鼓励。目前,工业生产的生物柴油一般由甲醇和植物油酯制备,存在以下三方面问题:一,植物油成本较高;二,制造甲醇的原料来源于煤炭,使生物柴油并非真正意义上的可再生绿色能源;三,通过上述原料生产的生物柴油存在低温流动性不理想的问题。因此,大大限制了生物柴油的生产和使用。本文利用可以由生物发酵工艺生产的丁醇和餐厨废油为原料,制备了生物柴油,可有效解决上述问题。首先,本文采用DB-5HT非极性耐高温毛细管柱,以十九烷酸甲酯作为内标,建立了丁基生物柴油样品中的脂肪酸丁酯的定性和定量的分析方法,得到了 5种脂肪酸丁酯的标准曲线,通过准确度及精密度试验表明:在0.3-1.0mg/mL范围内,各标准曲线线性范围宽,试用范围广,脂肪酸丁酯的回收率为99.02-100.73%,准确度较高;同时,脂脂肪酸丁酯总量的RSD(%)为0.24%,精密度和重复性也十分理想。其次,本文以氨基磺酸作催化剂,以餐厨废油和丁醇作为原料,制取了生物柴油,并采用正交试验法考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度及反应时间对该酯交换过程的影响,通过极差分析及优化组合确定了最优反应条件,即醇油摩尔比10:1,催化剂用量为餐厨废油油重的1.0%,反应温度为110℃,经过2h反应,测得脂肪酸丁酯收率为97.5%。同时,本文还探究了餐厨废油与丁醇在在氨基磺酸催化条件下的酯交换的反应动力学。结果表明:在100-120℃范围内,该反应为拟一级反应。通过Arrhenius方程拟合可求得:反应活化能Ea为80.69KJ/mo1,频率因子k0为7.15×109。最后,本文对制备的生物柴油进行了理化性能的检测,结果表明加入50ppmTBHQ后,生物柴油可满足GB/20828-2015生物柴油国家标准,对比相应的脂肪酸甲基酯,结果显示:脂肪酸丁酯冷滤点由6.5℃降低至2℃,十六烷值由53.5升高至92.2;同时,还对制备的生物柴油的动力性能,燃油经济性及排放性能进行了研究,数据表明,丁醇生物柴油相比对应的甲基生物柴油,有着更好的动力性能和燃油经济性能;相比石化柴油,丁醇生物柴油在HC、CO及颗粒物排放性能方面有着明显的优势。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】