生物柴油的合成及影响因素研究

【摘要】： 随着化石能源的日益减少和生存环境的逐渐恶化,生物柴油作为化石能源的代替品之一,越来越受到人们的关注。目前世界范围内的生物柴油规模化生产都采用酯交换法,常以甲醇、乙醇等低碳醇作为酯交换剂,NaOH、KOH、浓H2SO4等为催化剂。虽然技术比较成熟,但由于均相催化剂对原料油要求严格,不利于产物分离,造成环境污染。开发新型固体酸催化剂成为现在生产生物柴油的新热点。 针对上述存在的问题,我们提出了在较高温度条件下,在酯交换过程中加入少量易分离的无机固体酸催化剂来生产生物柴油的新思路,这样就可以避免一系列复杂的原料油前处理步骤,又可以达到简单分离催化剂、减少污染的目的。为此,我们研究了无机固体酸催化剂的三酸甘油酯与甲醇的酯交换模拟体系,发现NaHSO_4·H_2O和AlCl3·6H2O对该模拟体系有较好的催化活性。本文在上述工作的基础上,以商业菜籽油为原料,详细考察了各种催化剂对真实体系的反应性能。 本文系统考察了多种催化剂,包括:金属氯化物、NaHSO_4·H_2O以及NaHSO_4·H_2O和AlCl3·6H2O的混合催化剂催化酯交换过程中醇油摩尔比、催化剂种类和添加量、反应温度、反应时间对产率的影响,采用甘油铜比色法测定甘油含量来反映生物柴油的产率;采用红外光谱测试技术对酯交换产物进行分析。并通过建立四因素三水平的正交实验,优化得出了各种催化体系的最佳条件。NaHSO_4·H_2O为催化剂时,温度90℃,反应时间12h,醇油摩尔比40:1,催化剂用量为油重的6%,在此条件下,产率可达85%以上。极差顺序为:温度、反应时间、醇油摩尔比、催化剂用量。NaHSO_4·H_2O和AlCl_3·6H_2O混合做催化剂时,醇油摩尔比为40:1,催化剂n (NaHSO_4·H_2O) : n (AlCl_3·6H_2O)=1.5:1,催化剂添加量1g(约为油重5%),反应9h,反应温度80℃,在此条件下反应产率可达90%。该复合固体酸催化剂在本实验中具有最好的催化活性。