固體超強(qiáng)酸催化油脂和甲醇酯交換制備生物柴油.pdf

1、隨著石油價(jià)格的不斷攀升以及人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，生物柴油成為一個(gè)備受關(guān)注的領(lǐng)域，生物柴油是一種環(huán)境友好的可再生能源。在催化制備生物柴油的各種催化劑中，固體酸催化劑是一種有發(fā)展前景的催化劑，和液體酸相比，固體酸具有以下優(yōu)勢(shì):容易從反應(yīng)介質(zhì)中分離；可重復(fù)使用；不存在腐蝕問(wèn)題。和堿催化劑相比，固體酸更適用于那些脂肪酸含量高的原料油(比如油煎廢油和一些不能食用的油料)。 本實(shí)驗(yàn)制備了三種固體超強(qiáng)酸催化劑，SO42-/TiO2-SiO2(

2、catalyst A)，SO42-/SnO2-SiO2(catalyst B)，SO42-/Zr-SBA-15(catalyst C)催化大豆油和甲醇的酯交換反應(yīng)制備生物柴油，考察了催化劑的制備條件和酯交換的反應(yīng)條件，用吡啶紅外和NH3-TPD考察了催化劑的酸性，研究了催化劑的重復(fù)使用性。 (1)催化劑A的吡啶紅外表明催化劑A具有L酸中心和B酸中心，NH3-TPD測(cè)試表明催化劑A具有超強(qiáng)酸性。催化劑的制備因素中，焙燒溫度是形成超

3、強(qiáng)酸的最重要因素，當(dāng)催化劑的鈦硅摩爾比等于1/3，浸漬硫酸溶液的濃度大于1M，于450℃焙燒5h，催化劑表現(xiàn)出最高的催化活性，在最優(yōu)化的反應(yīng)條件:醇油摩爾比為13:1，每摩爾油使用1g催化劑，催化劑A在125℃催化反應(yīng)3h，脂肪酸甲酯收率達(dá)90％。 (2)催化劑B也具有超強(qiáng)酸性，催化劑B的制備條件類(lèi)似于催化劑A，催化劑B的催化活性高于催化劑A，在最優(yōu)化的反應(yīng)條件:醇油摩爾比為13:1，每摩爾油使用lg催化劑，催化劑B在120℃催

4、化反應(yīng)3h，脂肪酸甲酯收率達(dá)90％。 (3)反應(yīng)體系的水抑制催化劑B的活性，但催化劑的活性不受體系中游離脂肪酸的影響，這意味著催化劑B能高效催化那些未精煉原油和那些不可食用的油料使酯化和酯交換一步完成。 (4)從SO42-/ZrO2、SO42-/ZrO2-SiO2和SO42-/Zr-SBA-15對(duì)酯交換反應(yīng)的活性差異，我們可以得出這樣的結(jié)論:將介孔分子篩的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和超強(qiáng)酸的酸性特征結(jié)合起來(lái)，能得到對(duì)酯交換更有前景的分子

5、篩型超強(qiáng)酸材料。 (5)實(shí)驗(yàn)對(duì)催化劑的失活和再生進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明:催化劑表面的硫酸根被甲醇淋洗掉；催化劑表面的活性位被油和甲酯所覆蓋，這兩種原因?qū)е铝舜呋瘎┑氖Щ?。然而，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的辦法將使用過(guò)的催化劑再生:450℃焙燒催化劑，浸漬1M的硫酸溶液30分鐘，過(guò)濾，干燥，再次子450℃焙燒。 總之，在本實(shí)驗(yàn)制備的三種催化劑中，SO42-/SnO2-SiO2的催化活性最高，它能在較低的溫度(甚至100℃)催化油脂的酯化酯