新型玉米芯碳基固体酸的水热制备及其催化酯化性能的研究
发布时间：2021-09-07 21:02
随着能源危机和环境污染的日益凸显,碳基固体酸催化剂在生物质资源转化以及生物能源领域的应用受到了广泛的关注。特别是在高酸值油脂的酯化降酸反应中,碳基固体酸表现出高催化活性,且具有易回收、可循环使用的优点,为高酸值油脂制备生物柴油提供了便利。然而,碳基固体酸现有的制备方法,存在条件苛刻、能耗大、成本高等问题,且与液体酸催化剂相比,其催化活性还有待进一步提高。另一方面,目前碳基固体酸的研究报道多以葡萄糖、淀粉以及纤维素等成分单一的天然碳水化合物为原料,以廉价、成分复杂的木质纤维素类生物质为原料制备碳基固体酸催化剂的研究报道还较少。基于此,本论文从农林废弃生物质高效利用和探索低能耗、环保的碳基固体酸制备方法两个角度出发,以富碳的农业废弃物玉米芯为原料,通过低温水热不完全碳化和浓硫酸磺化两步制备了基于玉米芯的碳基固体酸催化剂。以油酸与甲醇的酯化反应模拟高酸值油脂酯化降酸过程,系统地考察了不同制备条件对固体酸催化活性的影响,获得了水热法制备玉米芯碳基固体酸催化剂的最佳条件;通过对不同条件下制备的固体酸的结构表征及成分分析,对水热制备机理以及催化剂的构效关系进行了探讨。在油酸与甲醇的酯化降酸模型反应...
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳基固体酸的结构示意图
图 1-2. 以葡萄糖和蔗糖为原料制备糖基固体酸催化剂Figure 1-2. The solid acid prepared by D-glucose and sucroseFraile 等人[10]报道了一种碳微球固体酸催化剂的制备方法，该球状催化剂可经葡萄糖水热碳化磺化法制备。这种碳微球酸催化剂对于棕榈酸酯的合成反应具有良好的催化活性。但是该催化剂在循环使用时，其活性急剧下降。经过研究发现，碳微球催化剂表面的磺酸基团参与酯化反应生成了磺酸酯，消耗了磺酸基团而导致其活性降低，而不是由于催化剂表面磺酸基团的流失导致其活性降低。因此，控制副反应的发生也是碳基固体酸制备和应用中应予以关注的问题。周丽娜等[11]采用不完全碳化磺化法的工艺制备出“糖基固体酸催化剂”，该催化剂在乙酸乙酯的水解反应中虽然表现出一定的催化活性，但是其稳定性还有待提高。中国科学院生态环境研究院的王华瑜等[12]以纤维素和硝酸铁为原料，采用水热法成功制备出磁性的碳基固体酸。以纤维素的水解反应考察该磁性催化剂的活性，其转化率高达 40.6%。另一方面，该催化剂具有磁性，在外加磁场作用下能够实现催化剂与反应体系的快速分离，便于回收，有助于所制备催化剂的再生和循环
以除去生物质表面的杂质以及蜡质成分）玉米芯粉末和 40 mL 去离子水于 50 mL 的水热反应釜里在一定温度下碳化一定的时间，待反应完成后将反应釜冷却至室温，过滤、水洗、干燥得到玉米芯不完全碳化产物。5 g 上述得到的碳化产物与 25 mL浓硫酸混合后于一定温度下磺化一定时间。磺化反应结束后，用大于 353 K 的热水反复冲洗所得材料直至洗出液呈中性。干燥产物即得到玉米芯碳基固体酸催化剂，收集备用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳基固体酸催化剂的制备及催化合成油酸甲酯[J]. 孙昆仑,刘素环,何建英,陈丹云. 应用化工. 2014(05)
[2]炭基固体酸催化废油脂合成生物柴油动力学研究(英文)[J]. 舒庆,高继贤,廖玉会,王金福. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011(01)
[3]磁性碳基磺酸化固体酸催化剂的制备及其催化水解纤维素[J]. 王华瑜,张长斌,贺泓,王莲. 物理化学学报. 2010(07)
[4]碳基固体酸催化剂上的酯化反应动力学研究[J]. 冷冬梅,石采静,周长行,余济伟,任立国. 石油化工高等学校学报. 2010(02)
[5]生物质炭基固体酸催化剂的制备[J]. 乌日娜,王同华,修志龙,郭峰,潘艳秋,银建中. 催化学报. 2009(12)
[6]碳基磺酸化固体酸材料的制备及其催化性能[J]. 周丽娜,刘可,华伟明,乐英红,高滋. 催化学报. 2009(03)
[7]固体磺酸催化蒎烯直接水合制松油醇的过程调控研究[J]. 李家其,严德鹏,徐琼,尹笃林. 林产化学与工业. 2008(04)
[8]固定化扩展青霉脂肪酶的制备及其在玉米油转酯反应中的应用[J]. 李南薇,吴虹,宗敏华,娄文勇. 催化学报. 2007(04)
硕士论文
[1]固体酸催化剂的制备与合成生物柴油的应用研究[D]. 司展.中国林业科学研究院 2014
[2]碳基固体酸的制备及其在松香衍生物合成中的应用[D]. 汪祝胜.浙江工业大学 2014
[3]基于甘蔗渣的固体酸催化剂的制备、结构表征及其催化特性[D]. 郭强.华南理工大学 2011
[4]由生物质木粉制备高比表面积炭基固体酸催化剂的研究[D]. 黄苗.西北农林科技大学 2011
[5]生物质基固体磺酸的制备及催化高酸值油制备生物柴油的研究[D]. 韩东平.南昌大学 2010
本文编号：3390243
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳基固体酸的结构示意图
图 1-2. 以葡萄糖和蔗糖为原料制备糖基固体酸催化剂Figure 1-2. The solid acid prepared by D-glucose and sucroseFraile 等人[10]报道了一种碳微球固体酸催化剂的制备方法，该球状催化剂可经葡萄糖水热碳化磺化法制备。这种碳微球酸催化剂对于棕榈酸酯的合成反应具有良好的催化活性。但是该催化剂在循环使用时，其活性急剧下降。经过研究发现，碳微球催化剂表面的磺酸基团参与酯化反应生成了磺酸酯，消耗了磺酸基团而导致其活性降低，而不是由于催化剂表面磺酸基团的流失导致其活性降低。因此，控制副反应的发生也是碳基固体酸制备和应用中应予以关注的问题。周丽娜等[11]采用不完全碳化磺化法的工艺制备出“糖基固体酸催化剂”，该催化剂在乙酸乙酯的水解反应中虽然表现出一定的催化活性，但是其稳定性还有待提高。中国科学院生态环境研究院的王华瑜等[12]以纤维素和硝酸铁为原料，采用水热法成功制备出磁性的碳基固体酸。以纤维素的水解反应考察该磁性催化剂的活性，其转化率高达 40.6%。另一方面，该催化剂具有磁性，在外加磁场作用下能够实现催化剂与反应体系的快速分离，便于回收，有助于所制备催化剂的再生和循环
以除去生物质表面的杂质以及蜡质成分）玉米芯粉末和 40 mL 去离子水于 50 mL 的水热反应釜里在一定温度下碳化一定的时间，待反应完成后将反应釜冷却至室温，过滤、水洗、干燥得到玉米芯不完全碳化产物。5 g 上述得到的碳化产物与 25 mL浓硫酸混合后于一定温度下磺化一定时间。磺化反应结束后，用大于 353 K 的热水反复冲洗所得材料直至洗出液呈中性。干燥产物即得到玉米芯碳基固体酸催化剂，收集备用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳基固体酸催化剂的制备及催化合成油酸甲酯[J]. 孙昆仑,刘素环,何建英,陈丹云. 应用化工. 2014(05)
[2]炭基固体酸催化废油脂合成生物柴油动力学研究(英文)[J]. 舒庆,高继贤,廖玉会,王金福. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011(01)
[3]磁性碳基磺酸化固体酸催化剂的制备及其催化水解纤维素[J]. 王华瑜,张长斌,贺泓,王莲. 物理化学学报. 2010(07)
[4]碳基固体酸催化剂上的酯化反应动力学研究[J]. 冷冬梅,石采静,周长行,余济伟,任立国. 石油化工高等学校学报. 2010(02)
[5]生物质炭基固体酸催化剂的制备[J]. 乌日娜,王同华,修志龙,郭峰,潘艳秋,银建中. 催化学报. 2009(12)
[6]碳基磺酸化固体酸材料的制备及其催化性能[J]. 周丽娜,刘可,华伟明,乐英红,高滋. 催化学报. 2009(03)
[7]固体磺酸催化蒎烯直接水合制松油醇的过程调控研究[J]. 李家其,严德鹏,徐琼,尹笃林. 林产化学与工业. 2008(04)
[8]固定化扩展青霉脂肪酶的制备及其在玉米油转酯反应中的应用[J]. 李南薇,吴虹,宗敏华,娄文勇. 催化学报. 2007(04)
硕士论文
[1]固体酸催化剂的制备与合成生物柴油的应用研究[D]. 司展.中国林业科学研究院 2014
[2]碳基固体酸的制备及其在松香衍生物合成中的应用[D]. 汪祝胜.浙江工业大学 2014
[3]基于甘蔗渣的固体酸催化剂的制备、结构表征及其催化特性[D]. 郭强.华南理工大学 2011
[4]由生物质木粉制备高比表面积炭基固体酸催化剂的研究[D]. 黄苗.西北农林科技大学 2011
[5]生物质基固体磺酸的制备及催化高酸值油制备生物柴油的研究[D]. 韩东平.南昌大学 2010
本文编号：3390243
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