發(fā)布時間：2018-10-15 12:57

【摘要】：生物柴油,作為一種可再生的替代能源,在世界范圍內(nèi)有巨大的潛在市場。將生物油脂經(jīng)過簡單的甲醇酯交換反應(yīng)即可得所謂的第一代生物柴油,具有來源廣泛,不含硫、氮等雜原子的特點,是一種低環(huán)境效應(yīng)的燃料,可直接供給柴油機使用。目前其流行生產(chǎn)工藝主要為硫酸催化預(yù)酯化和氫氧化鈉催化酯交換再接著進(jìn)行減壓蒸餾分離的所謂兩步法,該方法存在設(shè)備腐蝕與能耗高的弊端。本文根據(jù)生物油脂與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)的特點,利用反應(yīng)物、主產(chǎn)物均為重組分的特點,發(fā)展了一種獨特的催化蒸餾技術(shù)路線,設(shè)計并制備了一種在不銹鋼絲網(wǎng)構(gòu)成的拉西環(huán)構(gòu)件上生長碳納米管的整體式催化蒸餾構(gòu)件,并對碳納米管進(jìn)行固體酸功能化,應(yīng)用于該催化蒸餾過程,將反應(yīng)、分離集成于一體完成,取得了具有重要意義的進(jìn)展。完成的工作包括：1)選擇了合適的不銹鋼絲網(wǎng)作為生長碳納米管催化劑的基底,試驗了不同前處理條件對生長碳納米管的影響,找到了合適的前處理條件,將處理好的絲網(wǎng)放置在生長爐中,用同時在沉積氣體碳源中添加茂金屬作為浮動催化劑的催化氣相沉積法(FCCVD)在絲網(wǎng)上生長碳納米管,探索了最佳反應(yīng)條件,獲得了不銹鋼絲網(wǎng)基底上陣列整齊,長度均一,與基底結(jié)合緊密的碳納米管材料。2)對上述表面生長有碳納米管陣列的絲網(wǎng)構(gòu)件進(jìn)行整體硫化、氧化獲得表面牢固固定有磺酸基團(tuán)的整體固體酸材料,采用譜學(xué)定性與定量測量結(jié)合的方法詳細(xì)表征了該固體酸材料的性質(zhì),證實該材料酸位密度高,機械加工性能好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。3)使用上述填料組成微型催化蒸餾反應(yīng)塔,生物油脂原料從塔頂?shù)瘟骷尤敕磻?yīng)塔,在向下流動的過程中與上升的甲醇蒸汽在構(gòu)件表面發(fā)生催化酯交換反應(yīng),生成的高純度產(chǎn)物脂肪酸甲酯直接流入反應(yīng)塔釜中,令人驚訝的是副產(chǎn)物甘油在此過程中在反應(yīng)塔中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲酯更高的產(chǎn)物并可從塔頂分離出來。上述過程具有很好的理論探索意義,也有良好的應(yīng)用前景,值得進(jìn)行深入研究與應(yīng)用推廣。
[Abstract]:Biodiesel, as a renewable alternative energy, has a huge potential market worldwide. The so-called first generation biodiesel can be obtained by the simple methanol transesterification reaction. It is a low environmental fuel and can be directly used for diesel engine because of its wide source, no sulfur, nitrogen and other hetero atoms. At present, the popular production processes are sulfuric acid catalyzed preesterification and sodium hydroxide catalyzed transesterification followed by vacuum distillation separation. This method has the disadvantages of equipment corrosion and high energy consumption. According to the characteristics of transesterification between bio-oil and methanol, a unique catalytic distillation technique has been developed based on the recombination of reactants and main products. A monolithic catalytic distillation component for carbon nanotubes (CNTs) was designed and fabricated on the stainless steel wire forming Rasich ring. The carbon nanotubes were functionalized by solid acid, and then applied to the catalytic distillation process, and the reaction was carried out. Separation and integration have been completed, and significant progress has been made. The results are as follows: 1) the suitable stainless steel wire mesh is selected as the substrate of the catalyst for the growth of carbon nanotubes, and the effects of different pretreatment conditions on the growth of carbon nanotubes are tested, and the appropriate pretreatment conditions are found. The treated wire mesh was placed in the growth furnace, and the carbon nanotubes were grown on the wire mesh by catalytic vapor deposition (FCCVD) with metallocene as floating catalyst in the carbon source of the deposited gas. The optimum reaction conditions were explored. The carbon nanotube materials with uniform length and uniform length on the stainless steel mesh substrate were obtained. 2) the wire mesh members with carbon nanotube arrays on the above surface were vulcanized as a whole. The solid acid material with sulfonic acid group firmly immobilized on the surface was obtained by oxidation. The properties of the solid acid material were characterized in detail by the method of qualitative and quantitative measurement. It was proved that the material had high acid potential density and good machinability. The structure stability is good. 3) the micro catalytic distillation reaction tower is composed of the above mentioned fillers. The bio-oil feedstock is added into the reaction tower from the top of the tower. During the downward flow process, catalytic transesterification occurs with the rising methanol vapor on the surface of the component. The high purity fatty acid methyl ester produced directly flows into the reactor. It is surprising that the by-product glycerol is further transformed into a higher methyl ester product in the reaction tower and can be separated from the top of the column. The above process has good theoretical significance and good application prospect, which is worthy of further study and application.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TE667

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本文編號：2272623