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制备生物柴油的固体碱催化剂研究

作　者: 郭伟
导　师: 马晓建
学　校: 郑州大学
专　业: 化学工艺
关键词: 生物柴油非均相催化剂氧化钙固体碱酯交换反应
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

生物柴油（Biodiesel）是指以动植物油脂等可再生生物资源为原料生产的长碳链脂肪酸单酯,它是油脂与甲醇等低碳醇在酸、碱或酶等催化剂的作用下进行酯交换反应生成的。采用非均相催化剂催化酯交换反应用于生物柴油制备避免了传统均相酸碱催化酯交换工艺中存在的产品处理复杂、易产生酸碱性废水污染环境等问题。研究非均相固体碱催化剂及采用此种催化剂进行酯交换反应的过程对生物柴油的生产技术进步和应用推广都具有重要的意义。CaO是一种超强固体碱,具有酯交换催化活性高、使用寿命长等优点。但单纯使用CaO作为催化剂在反应中存在易形成悬胶体,催化剂难分离等缺点,在之前的研究文献中对以不同可溶性前躯体制备的负载型CaO催化酯交换反应的研究也缺乏系统性。本文制备了不同前躯体的系列负载型CaO固体碱催化剂,考察了钙源、负载量、煅烧温度对催化剂活性的影响。发现以Ca（AC）₂及CaCl₂和Na₂CO₃的反应产物CaCO₃为钙源,以γ-Al₂O₃为载体,采用浸渍法制备的催化剂对棉籽油酯交换反应有较好的催化活性。其最佳制备条件为:以25%Ca（AC）₂溶液浸渍,90℃环境下烘干12h,800℃条件下煅烧;用CaCl₂和Na₂CO₃浸渍反应生成CaCO₃,沉积在γ-Al₂O₃上,负载量15.16%,90℃环境下烘干12h,900℃条件下煅烧。通过XRD对不同负载量和不同焙烧温度的催化剂进行了表征,发现随着CaO负载量的增大,其衍射峰逐渐加强,催化活性逐渐增加。随着活性组分含量的进一步增加,催化剂活性出现一定程度的降低。通过对不同焙烧温度催化剂的XRD表征图分析发现,较低温度下有较多的催化剂前躯体特征峰,随着焙烧温度的增加,催化剂其前躯体的特征峰逐渐消失,在较高温度下焙烧后出现的CaO特征峰信号明显,证明其已完全分解为CaO。研究了反应条件对催化性能的影响,最佳的反应条件为:以Ca（AC）₂为钙源制备的催化剂质量分数为原料油的3%,醇油摩尔比18:1,反应温度65℃,反应时间8h,产率可达到96%以上。以CaCO₃为钙源制备的催化剂质量分数为原料油的5%,醇油摩尔比18:1,反应温度65℃,反应时间8h,产率可达到88%以上。由于为非均相反应,传质速率较慢,在初始2h内脂肪酸甘油三酯的转化率较低,在4-6h内,转化率开始逐渐升高,在8h以后反应基本达到平衡稳定状态。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
第一章文献综述  11-25
  1.1 生物柴油  11-12
  1.2 国内外生物柴油发展状况  12-14
  1.3 生物柴油生产技术研究进展  14-23
    1.3.1 超临界法生产生物柴油  14-16
    1.3.2 生物酶催化法  16-17
    1.3.3 化学催化法  17-23
      1.3.3.1 均相催化工艺制备生物柴油  18-19
      1.3.3.2 固体碱催化工艺制备生物柴油进展  19-23
  1.4 本课题研究目的和内容  23-25
第二章固体碱催化剂的制备和表征  25-40
  引言  25
  2.1 实验试剂及设备  25-26
    2.1.1 实验试剂  25-26
    2.1.2 实验设备  26
  2.2 实验方法  26-30
    2.2.1 主催化剂的确定  26-27
    2.2.2 催化剂前躯体的确定  27
    2.2.3 催化剂的制备方法  27-29
    2.2.4 催化剂的表征  29-30
    2.2.5 催化剂的再生  30
    2.2.6 催化剂活性评价  30
  2.3 结果与讨论  30-36
    2.3.1 负载量的影响  30-31
    2.3.2 煅烧温度的影响  31-32
    2.3.3 催化剂的XRD表征  32-36
      2.3.3.1 不同负载量催化剂的XRD表征  33-35
      2.3.3.2 不同煅烧温度催化剂的XRD表征  35-36
  2.4 催化剂的中毒及活化  36-37
    2.4.1 催化剂的中毒  36
    2.4.2 催化剂的活化  36
    2.4.3 催化剂流失实验  36-37
  2.5 CaO/γ-Al_2O_3使用寿命实验  37-38
  2.6 本章小结  38-40
第三章固体碱催化剂制备生物柴油  40-52
  引言  40
  3.1 实验试剂、设备及流程  40-42
    3.1.1 实验试剂  40
    3.1.2 实验设备  40-41
    3.1.3 实验流程  41
    3.1.4 实验装置  41-42
  3.2 原料及产品检验方法  42-45
    3.2.1 棉籽油的精制  42
    3.2.2 生物柴油分析方法  42-43
    3.2.3 脂肪酸甲酯收率的计算方法  43-44
    3.2.4 生物柴油性质分析方法  44
    3.2.5 棉籽油平均分子量的确定  44-45
    3.2.6 棉籽油平均分子量的计算  45
  3.3 固体碱催化剂制备生物柴油反应条件影响  45-49
    3.3.1 醇油摩尔比的影响  45-46
    3.3.2 催化剂用量的影响  46-47
    3.3.3 反应时间及温度对反应的影响  47-48
    3.3.4 搅拌强度的影响  48-49
  3.4 生物柴油产品部分性能指标  49-50
  3.5 反应机理探讨  50-51
  3.6 本章小结  51-52
第四章结论与建议  52-54
  4.1 结论  52-53
  4.2 建议  53-54
参考文献  54-59
致谢  59

制备生物柴油的固体碱催化剂研究

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