強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂催化酸化油酯化實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著石油儲(chǔ)量日益銳減以及化石燃料使用帶來(lái)嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題，世界各國(guó)都希望找到既符合環(huán)保要求，又可再生的新能源。生物柴油是近十幾年頗受重視的一類(lèi)綠色環(huán)保能源，其以生物脂質(zhì)為原料，通過(guò)與短碳鏈醇酯交換反應(yīng)得到的長(zhǎng)碳鏈脂肪酸單烷基酯。生物柴油具有無(wú)毒、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。另外，生物柴油的粘度、熱值等物理性能與石化柴油相似。
　　本文以高酸值酸化油為制備生物柴油原料，不僅可以大幅降低生產(chǎn)成本，而且還可以減少其對(duì)環(huán)境危害。首先，磺化陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

2、（SCER）催化酸化油與甲醇的反應(yīng)。單因素優(yōu)化酯化反應(yīng)條件，包括醇油質(zhì)量比、反應(yīng)溫度、SCER用量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，在優(yōu)化反應(yīng)條件（醇油摩爾比31.8:1.0（酸化油20.0 g），反應(yīng)溫度65.0 oC、SCER用量5.0 g），游離脂肪酸（FFAs）的轉(zhuǎn)化率達(dá)到91.87％?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)酯化反應(yīng)內(nèi)外傳質(zhì)阻力進(jìn)行計(jì)算，得出該實(shí)驗(yàn)條件下內(nèi)外傳質(zhì)阻力均可忽略，并提出擬均相二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)該模型，計(jì)算了正逆活化能和指前因子，并對(duì)熱

3、力學(xué)參數(shù)如反應(yīng)的熵變、焓變、吉布斯自由能進(jìn)行求解。
　　實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面法（RSM）優(yōu)化酸化油與乙醇酯化反應(yīng)。在乙醇沸點(diǎn)溫度下，RSM優(yōu)化的反應(yīng)條件為：醇油摩爾比23.2:1.0，反應(yīng)時(shí)間8.0 h，SCER用量為35.0 wt.%（占酸化油的質(zhì)量），F(xiàn)FAs的轉(zhuǎn)化率為75.24%。在RSM優(yōu)化條件下，采用4?分子篩連續(xù)不斷脫水，使平衡不斷正向進(jìn)行，F(xiàn)FAs轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98.32%。采用掃描電鏡（SEM）、X射線(xiàn)衍射（XRD）以及熱

4、重（TG-DTG）分析手段對(duì)催化劑使用前后進(jìn)行分析表征，得出SCER具有良好的機(jī)械和熱力學(xué)穩(wěn)定性。催化劑使用5次，仍具有良好的活性和穩(wěn)定性。最后，對(duì)酯化產(chǎn)物進(jìn)行堿催化制備生物柴油。酸化油生物柴油的燃料性質(zhì)符合美國(guó)材料協(xié)會(huì)（ASTM）、歐洲（EN）及中國(guó)（GB）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
　　實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步采用RSM和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）兩種優(yōu)化方法優(yōu)化微波輔助的酯化反應(yīng)。優(yōu)化反應(yīng)條件為：SCER用量5.85 g，醇油摩爾比3.2:1.0，微波功率3