本文關(guān)鍵詞：磁性催化劑的制備及其在生物柴油制備中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 生物柴油 非糧油料 磁性固體催化劑 酯化反應(yīng) 酯交換反應(yīng)

【摘要】：世界經(jīng)濟的發(fā)展加劇了石化能源的開發(fā)和利用力度,并且傳統(tǒng)石化資源的使用所帶來的環(huán)保問題日益凸顯,尋找新型的可替代能源越發(fā)受到關(guān)注。其中,生物柴油來自于可再生的生物資源,具有可再生性、環(huán)保性及可生物降解性等優(yōu)點,被認為是一種綠色環(huán)保的可再生替代能源。我國人多地少的基本國情決定了我們制備生物柴油應(yīng)使用非食用油料;另外,在生物柴油的制備方法中,磁性異相酸、堿催化劑不僅具有良好的催化活性,并且能夠磁性易分離重復(fù)使用�；诖�,本研究一方面開展非糧油料的篩選及其燃油性能檢測等方面的相關(guān)工作,另一方面,制備了磁性固體酸、堿催化劑催化制備生物柴油,取得結(jié)果如下:(1)篩選出梧桐和黃山欒兩種非糧油料作為生物柴油原料,研究中首先對兩種油料進行了脂肪酸組成等理化性質(zhì)的測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃山欒種子含油率高達38.77%,梧桐的種仁含油率為36.47%,且梧桐原油酸值低(1.19 mg KOH/g),可以直接進行酯交換反應(yīng)(無需預(yù)酯化步驟),大大簡化了生物柴油的制備工藝。進一步研究發(fā)現(xiàn),兩種生物柴油的燃油性能均達到了相關(guān)標準的指標,十六烷基值和氧化安定性則優(yōu)于標準,但是兩種油料所制備的生物柴油在冷濾點方面表現(xiàn)欠佳。綜合比較發(fā)現(xiàn),梧桐是一種具有較好開發(fā)前景的生物柴油非糧原料。(2)通過溶膠-凝膠法制備了Fe_3O_4@SiO_2核殼磁性載體,并進一步用氯磺酸進行磺化,得到磁性固體酸催化劑Fe_3O_4@SiO_2-SO_3H,對催化劑通過XRD、TEM、FT-IR等技術(shù)進行了相關(guān)表征,其活性通過催化油酸與甲醇的酯化反應(yīng)制備生物柴油進行了相關(guān)探討。結(jié)果表明,通過正交實驗得到最佳酯化反應(yīng)條件為:醇油摩爾比20:1、催化劑用量4 wt.%、反應(yīng)溫度120 oC、反應(yīng)時間5 h,實驗測得油酸的最高轉(zhuǎn)化率為98.3%,并且催化劑表現(xiàn)出良好的重復(fù)使用性(第7次轉(zhuǎn)化率為88.8%),表明催化劑具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。(3)經(jīng)過降酸值工藝后的原料油往往采用催化效率更高的堿性固體催化劑進行酯交換反應(yīng)制備生物柴油。本部分工作通過將堿性離子液體(Ionic Liquid,IL)與Fe_3O_4@SiO_2核殼磁性載體有機結(jié)合制備出磁性易分離的磁性固體堿催化劑,通過FT-IR、元素分析等技術(shù)進行了相關(guān)表征,用于催化精制黃山欒原油(AV=1.2mg KOH/g)與甲醇的酯交換反應(yīng)制備生物柴油,通過單因素優(yōu)化法探討了酯交換反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為:醇油摩爾比30:1、催化劑用量8 wt.%、反應(yīng)溫度160 oC、反應(yīng)時間8 h,甲酯含量最高為89.1%。同時對催化劑的重復(fù)使用性也進行了相關(guān)探究,在最佳反應(yīng)條件下,催化劑重復(fù)使用第4次甲酯含量降為62.2%,表明催化劑具有一定的重復(fù)使用性。(4)基于上述實驗工作,進一步的制備出酸性離子液體功能化Fe_3O_4@SiO_2核殼磁性固體酸催化劑,可以將高酸值油料需通過酸-堿兩步法制備生物柴油工藝簡化為“一鍋法”同時催化酯化、酯交換反應(yīng)來制備。通過后嫁接的方式制備出酸性IL和Fe_3O_4@SiO_2核殼磁性載體有機結(jié)合的磁性固體酸催化劑,對催化劑通過XRD、FT-IR、SEM、TEM、吡啶紅外等技術(shù)進行了相關(guān)表征,表明催化劑同時具有Br?nsted和Lewis酸位點,用于催化粗黃山欒原油(AV=4.66 mg KOH/g)與甲醇“一鍋法”反應(yīng)制備生物柴油。通過正交實驗探究出最佳反應(yīng)條件為:醇油摩爾比40:1、催化劑用量10 wt.%、反應(yīng)溫度160 oC、反應(yīng)時間10 h,甲酯含量最高為95.3%。通過熱過濾實驗驗證了催化劑的異相催化行為,同時對催化劑的重復(fù)使用性也進行了相關(guān)探究,在最佳反應(yīng)條件下,催化劑重復(fù)使用第5次甲酯含量降為78.7%,表明催化劑具有一定的重復(fù)使用性。
【關(guān)鍵詞】：生物柴油 非糧油料 磁性固體催化劑 酯化反應(yīng) 酯交換反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ426;TE667
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 縮略詞(Abbreviations)11-12
• 第一章 文獻綜述12-30
• 1.1 生物柴油簡介13-14
• 1.2 生物柴油的優(yōu)點14-16
• 1.3 發(fā)展生物柴油的意義16-17
• 1.4 生物柴油研究現(xiàn)狀17-23
• 1.4.1 用于制備生物柴油原料研究概況17-20
• 1.4.2 生物柴油的制備方法20-21
• 1.4.3 生物柴油的制備方法比較21-23
• 1.5 用于制備生物柴油的異相催化劑研究進展23-30
• 1.5.1 功能化離子液體23-24
• 1.5.2 磺酸基固體酸24-26
• 1.5.3 其他異相催化劑26-27
• 1.5.4 磁性固體催化劑27-30
• 第二章 論文設(shè)計思路30-35
• 2.1 論文的選題目的及意義30
• 2.2 論文的設(shè)計思路及路線30-35
• 2.2.1 論文整體研究方案(如圖 2.1)30-31
• 2.2.2 非食用油料(梧桐、黃山欒)作為制備生物柴油的原料選擇31-32
• 2.2.3 Fe_3O_4@SiO_2-SO_3H磁性固體酸催化劑的制備、表征及其生物柴油制備中的應(yīng)用32-33
• 2.2.4 堿性離子液體功能化Fe_3O_4@SiO_2磁性固體堿催化劑的制備、表征及其生物柴油制備中的應(yīng)用33-34
• 2.2.5 酸性離子液體功能化Fe_3O_4@SiO_2磁性固體酸催化劑的制備、表征及其活性探討34-35
• 第三章 非食用油料(梧桐、黃山欒)作為制備生物柴油原料潛質(zhì)評價35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 實驗部分35-36
• 3.2.1 主要設(shè)備和儀器35
• 3.2.2 主要材料和試劑35-36
• 3.3 兩種非糧油料植物的基本情況(見表 3.3)36-37
• 3.4 兩種非糧油料植物的理化性質(zhì)測定(見表 3.4)37-40
• 3.4.1 含油量的測定37
• 3.4.2 酸值的測定37-38
• 3.4.3 碘值的測定38-39
• 3.4.4 皂化值的測定39-40
• 3.5 梧桐、黃山欒生物柴油的制備40-41
• 3.6 梧桐和黃山欒種子油脂肪酸組成(表 3.5)41-42
• 3.7 兩種非糧油料生物柴油的燃油性能測試(表 3.6)42-43
• 3.8 本章小結(jié)43-45
• 第四章 Fe_3O_4@SiO_2-SO_3H磁性固體酸催化劑的制備、表征及其生物柴油制備中的應(yīng)用45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 實驗部分45-48
• 4.2.1 主要設(shè)備和儀器45-46
• 4.2.2 主要試劑46
• 4.2.3 催化劑的制備46-47
• 4.2.4 催化劑的表征技術(shù)47-48
• 4.2.5 Fe_3O_4@SiO_2-SO_3H催化酯化反應(yīng)合成生物柴油48
• 4.3 催化劑的表征分析48-50
• 4.3.1 傅里葉紅外光譜(FT-IR)表征48-49
• 4.3.2 X-射線粉末衍射(XRD)表征49
• 4.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)表征49
• 4.3.4 催化劑宏觀磁性效果表征49-50
• 4.3.5 催化劑的酸密度表征50
• 4.4 Fe_3O_4@SiO_2-SO_3H催化酯化反應(yīng)條件優(yōu)化50-51
• 4.5 催化劑的重復(fù)使用性考察51-52
• 4.6 Fe_3O_4@SiO_2-SO_3H與其他催化劑活性比較52
• 4.7 本章小結(jié)52-54
• 第五章 堿性離子液體功能化Fe_3O_4@SiO_2磁性固體堿催化劑的制備、表征及其生物柴油制備中的應(yīng)用54-65
• 5.1 引言54
• 5.2 實驗部分54-58
• 5.2.1 主要設(shè)備和儀器54-55
• 5.2.2 主要試劑55
• 5.2.3 催化劑的制備55-57
• 5.2.4 催化劑的表征技術(shù)57
• 5.2.5 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2催化酯交換反應(yīng)合成生物柴油57
• 5.2.6 生物柴油的氣相色譜(GC)分析57-58
• 5.3 催化劑的表征分析58-60
• 5.3.1 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2的紅外表征58
• 5.3.2 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2的元素分析表征58-59
• 5.3.3 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2的熱重(TGA)分析59
• 5.3.4 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2的宏觀磁性效果表征59-60
• 5.4 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2催化酯交換反應(yīng)條件優(yōu)化60-63
• 5.4.1 反應(yīng)溫度對甲酯含量的影響60-61
• 5.4.2 催化劑用量對甲酯含量的影響61
• 5.4.3 反應(yīng)時間對甲酯含量的影響61-62
• 5.4.4 醇油摩爾比對甲酯含量的影響62-63
• 5.4.5 堿性IL-Fe_3O_4@SiO_2的重復(fù)使用性探究63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第六章 酸性離子液體功能化Fe_3O_4@SiO_2磁性固體酸催化劑的制備、表征及其活性探討65-76
• 6.1 引言65
• 6.2 實驗部分65-69
• 6.2.1 主要設(shè)備和儀器65-66
• 6.2.2 主要試劑66
• 6.2.3 催化劑的制備66-68
• 6.2.4 催化劑的表征技術(shù)68
• 6.2.5 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2催化“一鍋法”反應(yīng)合成生物柴油68-69
• 6.2.6 生物柴油的氣相色譜(GC)分析69
• 6.3 催化劑的表征分析69-73
• 6.3.1 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的紅外表征69
• 6.3.2 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的X-射線粉末衍射(XRD)表征69-70
• 6.3.3 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的掃描電子顯微鏡(SEM)表征70-71
• 6.3.4 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的透射電子顯微鏡(TEM)表征71
• 6.3.5 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的熱重(TGA)分析71-72
• 6.3.6 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的宏觀磁性效果表征72-73
• 6.4 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2催化“一鍋法”反應(yīng)制備生物柴油73-74
• 6.5 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的重復(fù)使用性探究74-75
• 6.6 酸性IL-Fe_3O_4@SiO_2的熱過濾驗證異相催化實驗75
• 6.7 本章小結(jié)75-76
• 第七章 結(jié)論與展望76-78
• 7.1 主要結(jié)論76-77
• 7.2 主要創(chuàng)新點77
• 7.3 工作存在的不足及展望77-78
• 參考文獻78-88
• 致謝88-89
• 附錄89-90

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本文編號：838463