固体碱催化剂的制备及用于生物柴油合成的研究

摘要

随着传统化石燃料的日益短缺以及对环境问题的日益关注，替代燃料已引起各国的关注与重视。生物柴油，是以天然植物油或动物油脂与甲醇、乙醇或者其它短链醇通过酯交换反应制备的一种绿色、安全、可再生的环境友好型替代燃料。采用固体碱催化剂催化酯交换反应避免了传统均相酸碱催化法催化剂分离困难，以及废水污染环境的问题，同时也解决了固体酸反应时间过长的问题。故研究固体碱催化剂以及酯交换反应过程的优化对于生物柴油技术的发展和生物柴油的推广应用具有重要的意义。本论文包含三个部分:
　　第一部分:本文首次以凹凸棒土为载体，分别以C4H4O6KNa、K2CO3和KOH为负载物，采用浸渍法制备了三种负载型固体碱催化剂ATP-1.7-400、KCA-4.2-400和KOA-3.4-400，并将其应用于生物柴油的合成反应。通过FT-IR、TG-DSC、TEM、SEM、EDX和XRD等表征方法对催化剂结构进行了表征。同时考察了催化剂制备条件和酯交换反应因素对催化活性的影响以确定最佳制备工艺条件。(1)催化剂ATP-1.7-400的最佳制备条件为:煅烧温度为400℃和K/ATP的摩尔比为1.7∶1;酯交换反应的最佳反应条件为:醇油比为22∶1、反应温度为65℃和催化剂用量为10％，生物柴油产率最高(89.28％)。(2)催化剂KCA-4.2-400的最佳制备条件为:煅烧温度为400℃和K/ATP的摩尔比为4.2:1:酯交换反应的最佳反应条件为:醇油比为22∶1、反应温度为60℃、催化剂用量为8％和反应时间3h，生物柴油产率最高，(93.4％)。(3)催化剂KOA-3.4-400的最佳制备条件:煅烧温度为400℃和K/ATP的摩尔比为3.4:1;酯交换反应的最佳反应条件为:醇油比为22∶1、反应温度为60℃、催化剂用量为8％和反应时间3h，生物柴油产率最高(92.5％)。
　　第二部分:采用一步溶胶-凝胶法，本文首次以TEOS+ATSB为载体，C4H4O6KNa为负载物，制备了催化剂KN-0.8-700，并将其应用于催化酯交换反应。通过FT-IR、TG-DSC、TEM、SEM、EDX和XRD等手段，对催化剂结构进行了表征。考察了不同制备条件对催化剂活性的影响，得到催化剂最佳制备条件为:煅烧温度为700℃和K/Si的摩尔比为0.8∶1。同时还研究了酯交换反应各因素对催化活性的影响，得出此固体碱催化酯交换反应的最佳条件为:醇油摩尔比为13∶1、反应温度为65℃、催化剂用量为8％和反应时间45min，在微波反应器中生物柴油产率最高，可达95.3％。
　　第三部分:本文首次利用一步溶胶-凝胶法，以TBT+ATSB为载体，Na2CO3为负载物，制备了催化剂T1.0-700，并将其应用于催化酯交换反应。通过FT-IR、TG-DSC、TEM、SEM、EDX和XRD等手段，对催化剂结构进行了表征。考察了不同制备条件对催化剂活性的影响，得到催化剂最佳制备条件为:煅烧温度为700℃和Na/Ti的摩尔比为1.0∶1。同时还研究了酯交换反应各因素对催化活性的影响，得出此固体碱催化酯交换反应的最佳条件为:醇油比为11∶1、反应温度为60℃、催化剂用量为6％和反应时间40min，生物柴油产率最高，可达94.5％。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 生物柴油的概念

1．2 生物柴油的特性

1．3 生物柴油的生产原料

1．4 生物柴油的制备方法

1．4．1 直接混合法

1．4．2 微乳化法

1．4．3 高温裂解法

1．4．4 酯交换法

1．5 非均相酸碱催化剂的研究进展

1．5．1 固体酸催化剂的研究进展

1．5．2 固体碱催化剂的研究进展

1．6 国内外生物柴油的发展现状

1．6．1 国外生物柴油的发展

1．6．2 国内生物柴油的发展

1．7 本课题的研究背景和意义

1．8 本课题研究的主要内容

第二章 以凹凸棒土为载体的负载型催化剂的制备及催化制备生物柴油的研究

2．1 实验原料和试剂

2．2 催化剂的制备方法

2．3 催化剂的表征

2．4 催化剂催化制备生物柴油

2．4．1 实验原理

2．4．2 制备生物柴油

2．4．3 生物柴油产品分析

2．5 结果与讨论

2．5．1 负载物的选择

2．5．2 催化剂制备工艺及反应条件的研究

2．6 本章结论

第三章 负载型催化剂KN-0.8-700的制备及催化制备生物柴油的研究

3．1 实验材料和试剂

3．2 实验部分

3．2．1 催化剂的制备方法

3．2．2 生物柴油的制备

3．2．3 催化剂的优化

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂KN-0.8-700的表征测试

3．3．2 催化剂KN-0.8-700应用条件优化

3．3．3 生物柴油的性质

3．4 本章小结

第四章 负载型催化剂T1.0-700的制备及催化制备生物柴油的研究

4．1 实验材料和试剂

4．2 实验部分

4．2．1 催化剂的制备方法

4．2．2 生物柴油的制备

4．2．3 催化剂的优化

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂T1.0-700的表征测试

4．3．2 催化剂T1.0-700应用条件优化

4．3．3 生物柴油的性质

4．4 本章结论

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及申请专利