【摘要】：在這個(gè)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時(shí)代,人們的總體生活水平不斷提高,對物質(zhì)的需求也在日益增長,為了維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的能源,全世界對化石能源的過度利用已造成無法挽回的局面,由化石能源引起的環(huán)境問題更加難以解決,近幾十年,可持續(xù)發(fā)展的概念在人類意識里逐漸形成,開始尋找和開發(fā)更加清潔的可再生能源。其中,生物柴油是可再生能源的研究熱點(diǎn),因其具有良好的安全性,燃燒性能和再生性能,成為可替代化石燃料的綠色能源,有助于降低人類對化石能源的依賴性。麻瘋樹是一種耐旱型木本植物,適合在困難環(huán)境下生長,栽植簡單,生長迅速,利用成本較低的麻瘋樹油制備出麻瘋樹生物柴油,制備出的生物柴油主要成分是脂肪酸甲酯(FAME),但大量的多元不飽和脂肪酸甲酯造成生物柴油的抗氧化能力差,實(shí)際應(yīng)用仍然受到限制,可以對麻瘋樹生物柴油進(jìn)行加氫并提高其使用性能,本研究工作,以工業(yè)成本較低的Raney-Ni催化劑,異丙醇為供氫體,水作溶劑,對微波輔助麻風(fēng)樹生物柴油的催化轉(zhuǎn)移加氫(CTH)反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究,將微波探索性的引入生物柴油的CTH反應(yīng)中,避免傳統(tǒng)高溫高壓等苛刻的加氫條件,實(shí)現(xiàn)溫和條件下可控選擇加氫,優(yōu)化了等溫下和非等溫下的最佳工藝條件,考察不同工藝條件對麻瘋樹生物柴油組分的影響,探討了微波對催化劑的影響,結(jié)合SEM、XRD、FTIR和熱重分析對反應(yīng)前后Raney-Ni催化劑進(jìn)行表征分析,并探討其失活原因。最后,探討不同供氫體對催化轉(zhuǎn)移加氫(CTH)的影響,結(jié)合麻瘋樹生物柴油的GC-MS分析,確定微波輔助Raney-Ni對麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫的反應(yīng)機(jī)理,研究成果為麻瘋樹生物柴油的生產(chǎn)工業(yè)利用提供參考,主要研究結(jié)果如下:(1)在等溫條件下,采用微波輔助Raney-Ni對麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫的,通過氣相色譜分析不同條件下麻瘋樹生物柴油的組分,建立了校正歸一化法的定量方法,確定最佳條件為催化劑用量8 wt.%,反應(yīng)溫度85 ℃,異丙醇用量24g,溶劑水用量80 g,攪拌速度400rpm。并在等溫條件下考察了不同溫度下麻瘋樹生物柴油組分隨反應(yīng)時(shí)間的變化,等溫下微波輔助Raney-Ni對麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫可以很好地描述為擬一級動力學(xué)模型,獲取了不同溫度下的動力學(xué)參數(shù)。微波作為熱源,Raney-Ni作為催化劑,水作為溶劑,異丙醇作為供氫體的CTH是麻瘋樹油生物柴油加氫的有效途徑。(2)等微波功率下,采用微波輔助Raney-Ni對麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫的最佳工藝條件為催化劑用量12 wt.%,微波功率150 W,異丙醇用量24 g,溶劑水用量80g,攪拌速率200 rpm。并考察不同微波功率下,生物柴油組分隨反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的變化曲線,發(fā)現(xiàn)在微波功率150 W反應(yīng)40 min時(shí)生物柴油的C18:2含量為2.74 wt.%,C18:1和C18:0的含量分別為77.46 wt.%和8.33 wt.%,此時(shí)生物柴油性能達(dá)到一個(gè)較為良好的狀態(tài)�？疾炝朔堑葴貏恿W(xué),并獲取了不同微波功率下的動力學(xué)參數(shù)。(3)考察了微波對Raney-Ni催化劑性能的影響,發(fā)現(xiàn)微波溫度越高,對Raney-Ni催化劑性能越不利,且對比傳統(tǒng)加熱,微波對催化劑性能有著抑制作用。對比了不同供氫體對微波輔助麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫的影響,發(fā)現(xiàn)一級醇(伯醇)作為供氫體時(shí)不如二級醇(仲醇),且三級醇并不適合作為供氫體。此外,甲酸,甲酸鈉和甲酸銨作為供氫體在Raney-Ni催化轉(zhuǎn)移加氫中均無效果,所以微波輔助Raney-Ni對麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫供氫體的最佳選擇為仲醇,采用不同仲醇在微波加熱和傳統(tǒng)加熱下對比發(fā)現(xiàn),微波加熱有助于CTH的反應(yīng)速率,且微波加熱選擇性加快了 C18:2到C18:1的反應(yīng)速率,微波加熱擁有更高的C18:1選擇性。對催化劑進(jìn)行SEM,XRD,FTIR和熱重表征分析,發(fā)現(xiàn)催化劑失活的原因是反應(yīng)后催化劑表面沉積物的增加。最后,用六元環(huán)過渡態(tài)理論描述了微波輔助Raney-Ni對麻瘋樹生物柴油催化轉(zhuǎn)移加氫的反應(yīng)機(jī)理。
【圖文】：

進(jìn)行的必要條件，其中任一物質(zhì)的作用過強(qiáng)均會影響反應(yīng)的進(jìn)行。多相ＣＴＨ的反應(yīng)機(jī)逡逑理相對復(fù)雜，目前學(xué)術(shù)上比較有代表性的是Ｊｏｈｎｓｔｏｎｅ等［３４１基于均相反應(yīng)機(jī)理提出的多逡逑相ＣＴＨ機(jī)理。以Ｐｄ金屬催化劑為例，如圖１－４所示，首先可能供氫體和受體和分別與逡逑兩個(gè)或一個(gè)Ｐｄ原子進(jìn)行加成反應(yīng)，供氫體脫出氫，然后再進(jìn)行氫轉(zhuǎn)移。當(dāng)?shù)诙䝼�(gè)氫原逡逑子轉(zhuǎn)移到受體的時(shí)候，或會形成一個(gè)五元環(huán)過渡態(tài)，這時(shí)反應(yīng)同一個(gè)Ｐｄ原子進(jìn)行，也逡逑可能形成六元環(huán)過渡態(tài)，這是反應(yīng)會在兩個(gè)Ｐｄ原子位上發(fā)生，過渡態(tài)結(jié)構(gòu)如圖１－５所逡逑７Ｊｎ0逡逑Ｈ２Ｄ邋＋邋Ｐｄ邋—？邋Ｈ邋—邋Ｐｄ邋—邋ＤＨ逡逑Ｈ邋—邋Ｐｄ邋—邋ＤＨ邋＋邋Ａ邋Ｈ邋—邋Ｐｄ邋—邋ＤＨ邋——－ＨＡ邋—邋Ｐｄ邋—邋ＤＨ邋—Ｈ２Ａ邋—邋Ｐｄ邋ＤＨ逡逑Ａ逡逑圖１￣４多相催化轉(zhuǎn)移加氫反應(yīng)機(jī)理逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ邋ｃａｔａｌｙｔｉｃ邋ｔｒａｎｓｆｅｒ邋ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑Ｒ邋Ｒ逡逑ＨＡ＾—Ｐｄ邐／ＴＸＸ７逡逑／邋Ｖ）／Ｒ邋＼邋＼／邐＼／Ｒ逡逑Ｈ邐Ｃ邐ＣＨ－Ｃ邐Ｃ——Ｒ逡逑＾邐／逡逑＼邋0邋’邐Ｒ邐Ｐｄ邋—邋Ｐｄ逡逑／邋＼逡逑五元環(huán)過渡態(tài)邐六元環(huán)過渡態(tài)逡逑圖１－５過渡態(tài)逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｓｔａｔｅ逡逑Ｊｏｈｎｓｔｏｎｅ等Ｍ人提出的ＣＴＨ反應(yīng)機(jī)理再后來得到了很多的學(xué)者認(rèn)可

２．２結(jié)果與討論逡逑２．２．１校正因子的測定逡逑麻瘋樹生物柴油的ＧＣ－ＭＳ分析如圖２－１所示，其成份組成如表２－３所示。逡逑２．００Ｅ７邐逡逑１．７５Ｅ７邋－逡逑１．５０Ｅ７邋－邐ｓｏ逡逑１．２５Ｅ７邋－邐Ｓｉ逡逑１．００Ｅ７邋－逡逑７．５０Ｅ６邋－邐ｇ逡逑５．００Ｅ６邋－邐？逡逑２．５０Ｅ６邋－邐Ｓ逡逑０．００邋Ｌｉ邐１邐１邐ｌＵ＿ｌ邐１邐１邐１邐逡逑６邐９邐１２邐１５邐１８邐２１邐２４邐２７邐３０逡逑Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ邋（ｍｉｎ）逡逑圖２－１麻瘋樹生物柴油ＧＣ－ＭＳ圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ＧＣ－ＭＳ邋ｏｆ邋Ｊａｔｒｏｐｈａ邋ｏｉｌ邋ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ逡逑表２－３麻瘋樹生物柴油的組分逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－３邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｊａｔｒｏｐｈａ邋ｏｉｌ邋ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ逡逑＾邐．邋．邐Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ邋Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ邋Ｃｏｎｔｅｎｔ逡逑Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ逡逑邐（ｍｉｎ）邐（％）邐（ｗｔ．°／0）逡逑Ｃ１６：ｌ邐１４．２８邐９９邐０．８５逡逑Ｃ１６：０邐１４．５０邐９８邐１９．２９逡逑Ｃ１８：２邐１６．１２邐９９邐３４．８２逡逑ｃ－Ｃ１８：ｌ邐１６．２０邐９９邐３６．５４逡逑Ｃ１８：Ｑ邐１６．４２邐９９邐８．５０逡逑ａ邋Ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｂｙ邋ＧＣ－ＭＳ逡逑通過ＧＣ－ＭＳ可確定麻瘋樹生物柴袖的主要成份為棕櫚酸甲酯、亞油酸甲酯、油酸逡逑甲酯、硬脂酸甲酯，，生物柴油中并未含有反式的油酸甲酯，由于歸一化法只能組略計(jì)算逡逑各組分的含量
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE667

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2619964