磁性催化劑的制備及其在生物柴油制備中的應(yīng)用研究.pdf

1、世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加劇了石化能源的開發(fā)和利用力度，并且傳統(tǒng)石化資源的使用所帶來的環(huán)保問題日益凸顯，尋找新型的可替代能源越發(fā)受到關(guān)注。其中，生物柴油來自于可再生的生物資源，具有可再生性、環(huán)保性及可生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種綠色環(huán)保的可再生替代能源。我國人多地少的基本國情決定了我們制備生物柴油應(yīng)使用非食用油料；另外，在生物柴油的制備方法中，磁性異相酸、堿催化劑不僅具有良好的催化活性，并且能夠磁性易分離重復(fù)使用。基于此，本研究一方面開展非糧油

2、料的篩選及其燃油性能檢測等方面的相關(guān)工作，另一方面，制備了磁性固體酸、堿催化劑催化制備生物柴油，取得結(jié)果如下：
　　(1)篩選出梧桐和黃山欒兩種非糧油料作為生物柴油原料，研究中首先對兩種油料進(jìn)行了脂肪酸組成等理化性質(zhì)的測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃山欒種子含油率高達(dá)38.77％，梧桐的種仁含油率為36.47%，且梧桐原油酸值低(1.19 mg KOH/g)，可以直接進(jìn)行酯交換反應(yīng)(無需預(yù)酯化步驟)，大大簡化了生物柴油的制備工藝。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，

3、兩種生物柴油的燃油性能均達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，十六烷基值和氧化安定性則優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，但是兩種油料所制備的生物柴油在冷濾點(diǎn)方面表現(xiàn)欠佳。綜合比較發(fā)現(xiàn)，梧桐是一種具有較好開發(fā)前景的生物柴油非糧原料。
　　(2)通過溶膠-凝膠法制備了Fe3O4@SiO2核殼磁性載體，并進(jìn)一步用氯磺酸進(jìn)行磺化，得到磁性固體酸催化劑Fe3O4@SiO2-SO3H，對催化劑通過XRD、TEM、FT-IR等技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)表征，其活性通過催化油酸與甲醇的酯化反應(yīng)制備

4、生物柴油進(jìn)行了相關(guān)探討。結(jié)果表明，通過正交實(shí)驗(yàn)得到最佳酯化反應(yīng)條件為：醇油摩爾比20:1、催化劑用量4 wt.%、反應(yīng)溫度120oC、反應(yīng)時(shí)間5 h，實(shí)驗(yàn)測得油酸的最高轉(zhuǎn)化率為98.3%，并且催化劑表現(xiàn)出良好的重復(fù)使用性(第7次轉(zhuǎn)化率為88.8%)，表明催化劑具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。
　　(3)經(jīng)過降酸值工藝后的原料油往往采用催化效率更高的堿性固體催化劑進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備生物柴油。本部分工作通過將堿性離子液體(Ionic L

5、iquid, IL)與 Fe3O4@SiO2核殼磁性載體有機(jī)結(jié)合制備出磁性易分離的磁性固體堿催化劑，通過FT-IR、元素分析等技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)表征，用于催化精制黃山欒原油(AV=1.2 mg KOH/g)與甲醇的酯交換反應(yīng)制備生物柴油，通過單因素優(yōu)化法探討了酯交換反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為：醇油摩爾比30:1、催化劑用量8 wt.%、反應(yīng)溫度160oC、反應(yīng)時(shí)間8 h，甲酯含量最高為89.1%。同時(shí)對催化劑的重復(fù)使用性也進(jìn)行了相關(guān)探究，在最佳反

6、應(yīng)條件下，催化劑重復(fù)使用第4次甲酯含量降為62.2%，表明催化劑具有一定的重復(fù)使用性。
　　(4)基于上述實(shí)驗(yàn)工作，進(jìn)一步的制備出酸性離子液體功能化 Fe3O4@SiO2核殼磁性固體酸催化劑，可以將高酸值油料需通過酸-堿兩步法制備生物柴油工藝簡化為“一鍋法”同時(shí)催化酯化、酯交換反應(yīng)來制備。通過后嫁接的方式制備出酸性 IL和 Fe3O4@SiO2核殼磁性載體有機(jī)結(jié)合的磁性固體酸催化劑，對催化劑通過XRD、FT-IR、SEM、TEM、

7、吡啶紅外等技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)表征，表明催化劑同時(shí)具有Br?nsted和Lewis酸位點(diǎn)，用于催化粗黃山欒原油(AV=4.66 mg KOH/g)與甲醇“一鍋法”反應(yīng)制備生物柴油。通過正交實(shí)驗(yàn)探究出最佳反應(yīng)條件為：醇油摩爾比40:1、催化劑用量10 wt.%、反應(yīng)溫度160oC、反應(yīng)時(shí)間10 h，甲酯含量最高為95.3%。通過熱過濾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了催化劑的異相催化行為，同時(shí)對催化劑的重復(fù)使用性也進(jìn)行了相關(guān)探究，在最佳反應(yīng)條件下，催化劑重復(fù)使用第5次