磁性固体碱催化非食用油脂生产生物柴油的研究

摘要

生物柴油是一种优质可再生绿色生物质能源，具有环保、燃料、润滑三重功效，并且具备便于运输和储存，使用安全以及低温启动性等特性。可以用来生产生物柴油的原材料主要有可食用油脂以及非食用油脂。以均相酸碱作为催化剂的酯交换反应已用于大规模工业化生产生物柴油，但是这种催化剂具有高腐蚀性、分离困难以及并且在使用时会产生大量废水。使用固体碱作为催化剂，不仅可以保证较高的产率，还能避免传统均相催化剂存在的问题，同时在固体碱催化剂的基础上加以磁性，可以保证它得到更好地回收并重复使用。
　　本论文共采取了两种原料进行生物柴油制备，分别是大豆油和餐厨猪油，分别将这两种原料甲酯化，随后进行气质联用分析。首先使用大豆油作原料，以天然的石墨粉为载体制备固体碱催化剂生产生物柴油，考察最佳条件并表征催化剂的性能。随后用餐厨猪油模拟稳定代替的餐厨废油，并以此为原材料，分别考察了竹炭、ZrO2和CeO2磁性固体碱催化剂的制备条件和酯交换法生产生物柴油的反应条件，同时还分析了催化剂多次使用后的产率，最后表征了催化剂的相关性质。本论文的主要结论如下:
　　(1)通过气相色谱-质谱(GC-MS)分析两种原料甲酯化后所含主要成分，其中，大豆油:棕榈酸甲酯、油酸甲酯、二十烷酸甲酯、反式油酸甲酯、亚油酸甲酯以及顺-11，14，17-二十碳三烯酸甲酯;餐厨猪油:棕榈酸甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯、11-十八烯酸甲酯以及9，12-十八碳二烯酸甲酯。
　　(2)采用浸渍法合成了石墨粉固体碱催化剂用于大豆油生产生物柴油。通过不同考察因素的对比实验得出以下结论:最高产率可达到92.30％，对应的K2CO3负载量确定为30％，煅烧温度是500℃，煅烧时间是3h，反应温度在70℃，醇油摩尔比为8∶1，催化剂用量为1.5％，并通过催化剂的相应表征对催化剂的作用进行解释。
　　(3)通过原位合成法制备磁性竹炭固体碱催化剂K/BC-Fe3O4，采用溶胶-凝胶法合成纳米级别磁性固体碱催化剂K/ZrO2-Fe3O4，用于餐厨猪油生产生物柴油的研究，探究了负载比例、煅烧温度、煅烧时间、酯交换反应温度、醇油摩尔比以及催化剂的使用量对其产率的影响，两种催化剂所对应的最高产率分别是92.58％和90.61％，并分别进行了回收实验，通过5次回收后二者产率均维持在55.00％以上，最后对催化剂进行表征。
　　(4)采用软模板法合成介孔材料CeO2，并通过溶胶-凝胶法合成一种新型磁性固体碱催化剂K/CeO2-Fe3O4，用于餐厨猪油生产生物柴油的催化剂，最终得到以下结论:在KOH负载量是40％，煅烧温度确定为300℃，煅烧时间为3h的条件下制备催化剂，酯交换反应温度为60℃，醇油摩尔比为6∶1，催化剂用量为1.50％，酯交换反应时间为3h时，生物柴油的产率最高，为92.02％，通过回收实验可以发现，催化剂经过6次回收后，产率仍然高于82.00％。表征结果表明:合成的催化剂具有超顺磁性的颗粒纳米结构，并且具有较高稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物柴油的简介

1．1．1 生物柴油的主要性能

1．1．2 生物柴油的优点

1．1．3 目前生物柴油推广的阻碍

1．2 目前国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 生物柴油的原料

1．3．1 可食用油脂

1．3．2 油料作物

1．3．3 其他资源

1．4 生物柴油的主要制备技术

1．4．1 物理法

1．4．2 化学法

1．4．3 生物法

1．4．4 超I临界法

1．5 酯交换法的主要催化剂

1．5．1 均相酸碱催化剂

1．5．2 非均相酸碱催化剂

1．5．3 离子液体催化剂

1．5．4 生物酶催化剂

1．6 本论文发研究目的与研究内容

第二章 餐厨猪油的提炼、纯化及其和大豆油理化性质测定

2．1 引言

2．2 猪油的提炼和纯化

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 实验步骤

2．3 油脂的物理性质测定

2．3．1 油脂的物理性质测定方法

2．3．2 油脂的物理性质测定结果

2．4 油脂的脂肪酸成分测定

2．4．1 实验试剂与仪器

2．4．2 油脂的甲酯化

2．4．4 GC-MS检测结果及分析

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 石墨粉材料活化与预处理

3．2．4 固体碱K2CO3-石墨粉的表征

3．2．5 酯交换反应

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂制备条件的优化

3．3．2 酯交换体系反应条件的优化

3．3．3 石墨固体碱催化剂的表征

第四章 磁性竹炭基和ZrO2基固体碱的制备及其在生物柴油中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与仪器

4．2．2 磁性载体的制备

4．2．3 磁性固体碱的制备

4．2．4 材料的表征

4．2．5 酯交换反应

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂制备条件的优化

4．3．2 酯交换体系反应条件的优化

4．3．3 磁性固体碱催化剂的回收利用

4．3．4 磁性固体碱催化剂的表征

第五章 磁性纳米CeO2基固体碱的制备及其在生物柴油中的应用

5．2．2 介孔CeO2的制备

5．2．5 材料的表征

5．2．6 酯交换反应

5．3 结果与讨论

5．3．1 催化剂制备条件的优化

5．3．2 酯交换体系反应条件的优化

5．3．3 氧化铈磁性固体碱催化剂的回收利用

5．3．4 氧化铈磁性固体碱催化剂的表征

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果