【摘要】：隨著科學技術(shù)的發(fā)展和時代的進步,人們越來越關(guān)注由于快速發(fā)展所遺留下來的問題,尤其體現(xiàn)在環(huán)境保護和資源、能源的可持續(xù)利用方面。論文以介孔氧化鋯固體酸復合氧化物的制備及表征為研究內(nèi)容,重點研究催化劑的修飾,提高催化劑的活性,提高甘油醚化轉(zhuǎn)化率的等問題;甘油醚化產(chǎn)物不經(jīng)過任何處理直接作為甘油基-汽油-乙醇、甘油基-汽油調(diào)和燃料以及甘油基-柴油含氧添加劑的研究。相比與傳統(tǒng)的液體酸催化劑,固體酸催化劑具有很多優(yōu)勢。首先是收率好,其次對設(shè)備不產(chǎn)生腐蝕,再次又可以多次重復使用,最后最重要的是與產(chǎn)物易分離,降低能耗;甘油醚體系作為含氧添加劑具有燃燒充分、減少尾氣排放物中顆粒物、小分子烷基化合物、一氧化碳、一氧化氮和不受管制的醛類降低等優(yōu)點。本論文研究工作分為三個方面。第一部分主要是以八水氧氯化鋯為鋯源,聚乙二醇20000為模板劑,采用沉淀法,沉淀-浸漬法制備出WO_3/ZrO_2,SO_4~(2-)/ZrO_2,MoO_3/ZrO_2,B2O_3/ZrO_2(WO_3/ZrO_2比表面積80.2m2/g,孔徑16.0nm,孔體積0.3cm3/g)等一系列介孔固體超強酸,通過XRD,SEM,TEM,BET等一系列檢測結(jié)果顯示,負載量20%,煅燒溫度650℃有較優(yōu)的分散度和孔結(jié)構(gòu)。第二部分主要是以自制介孔固體酸WO_3/ZrO_2,SO_4~(2-)/ZrO_2,MoO_3/ZrO_2,B2O_3/ZrO_2為催化劑,研究了在不需要額外溶劑添加下讓甘油與叔丁醇以一定比例,在較溫和條件下的反應,通過氣相色譜等一系列檢測結(jié)果顯示,MoO_3/ZrO_2具有最佳的催化效果,最佳的催化條件是負載量20%,溫度95℃,轉(zhuǎn)速150rpm/min,叔丁醇:甘油=1:4,反應9h,生物質(zhì)甘油利用率高達95%,甘油醚收率可達45%。第三部分主要是在對叔丁基甘油醚體系反應產(chǎn)物不做任何處理的情況下與一定比例的汽油、乙醇混合,制備不同比例的甘油基-汽油-乙醇、甘油基-汽油調(diào)和燃料,通過對穩(wěn)定性及理化性質(zhì)的測試得到最佳的調(diào)和燃料比,通過一系列石油產(chǎn)品儀器檢測結(jié)果表明,最佳調(diào)和含量為甘油基5%,乙醇10%,汽油85%或甘油基15%,汽油85%,通過檢測,在無乙醇的情況下調(diào)和燃料的性能更加優(yōu)異,可逐漸取代乙醇-汽油調(diào)和燃料;同時研究了甘油基作為柴油添加劑以及調(diào)和燃料的理化性質(zhì)及穩(wěn)定性,最佳添加劑含量為1-5%。
【圖文】：

在醚化反應歷程中，由于甘油所具有的三個醇羥基，導致其反應產(chǎn)物比較復雜，主要反應類型有甘油與氣態(tài)的異丁烯（非均相）或叔丁醇（均相）在酸催化下合成叔丁基甘油醚，甘油與甲醇在均相條件下用酸作為催化劑來制備甲基甘油醚以及甘油與乙醇在均相酸催化下制備乙基甘油醚等。在這些合成的烷基甘油醚類產(chǎn)物中，由于單烷基甘油醚與化石燃料的互溶度低，不適合作為化石燃料添加劑，又由于甘油的多烷基醚是化石等燃料的理想含氧添加劑，因此可通過改變反應條件使目標產(chǎn)物甘油多烷基醚的選擇性大大增加[4]。J.A. Melero 等[5]用磺酸基/SiO2作催化劑催化甘油與異丁烯的反應。在不銹鋼高壓反應釜中液相反應，溫度 90oC，攪拌速度 1000rpm/min，催化劑 Pr-SBA-15為 5%，異丁烯/甘油=4（物質(zhì)的量），經(jīng)過 4h 的反應，原材料的利用率可達到97%，多烷基甘油醚選擇性達 84%以上 ，反應同時由于異丁烯過量會產(chǎn)生少量的二異丁烯，分離出來可作為汽油添加劑。如 Fig 1.1 所示。

圖 1.2 異丁烯與乙二醇的制備過程Fig 1.2 Ethylene glycol and isobutylene etherification reaction processYolanda Cesteros 等[11]采用微波對磺酸基/沸石催化劑進行改性，可取得更高的甘油轉(zhuǎn)化率和甘油多醚的選擇性。其中采用 SBA-15-微波，異丁烯/甘油=4（物質(zhì)的量），0.5g 催化劑，10MPa 氮氣壓力，75oC，轉(zhuǎn)速為 1200rpm/min，經(jīng)過4h 反應，原材料利用率達到 99%，多烷基甘油醚收率達到 91%。在同樣條件下用沸石-微波時，原材料利用率達到 100%，，多烷基甘油醚收率達 83%。Elena Emilia Oprescu 等[12]用 SO42-/SiO2催化甘油合成三甘油縮酮化合物，并對其粘度、傾點和閃點做了研究，得出甘油縮醛用于柴油，可明顯減小其粘度、傾點和閃點。同時研究發(fā)現(xiàn)當我們用樹脂在催化合成甘油合成甘油醚時，雖然有很好的催化性能，但是離子交換樹脂容易中毒失活，且酸性降低的比較快。董超琦等[4]闡述了烷基甘油醚可作為化石燃料的理想的含氧添加劑，可降低
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TE624.8

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本文編號：2565029