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炭基固体酸催化剂对生物柴油合成的催化基础研究

汪小红  
【摘要】: 目前生物柴油的工业化生产中普遍使用的是NaOH、H2SO4等均相酸碱催化剂,该催化剂廉价且催化活性较高,但在使用中存在后处理工艺复杂,废液易对环境造成污染弊端,酸性催化剂还会对设备造成严重的腐蚀等。而非均相催化剂比均相催化剂更具优势,容易从产物中分离,不会造成酸性废水污染,对环境污染小。在当今提倡绿色革命的大前提下,固体催化剂无疑受到更多的关注。固体碱为催化剂时,形成大量的皂化物使产品乳化难于分离,造成成本上升。因此固体酸催化剂是制备生物柴油的一种更好的选择。本论文以活性炭为原料,采用浓硫酸磺化法和重氮盐还原法制备炭基固体酸催化剂,用短链乙酸和长链油酸与乙醇的酯化反应来考察固体酸催化剂的活性,考察结果表明浓硫酸磺化活性炭方法制备的炭基固体酸催化效率较低,因此本实验重点讨论了重氮盐还原法制备炭基固体酸。在重氮盐还原法制备炭基固体酸催化剂中考察了不同原料的活性炭制备炭基固体酸的催化活性,考察结果表明煤基活性炭制备的炭基固体酸催化剂活性最好,而椰壳,果壳制备炭基固体酸催化活性最差;以煤基活性炭为原料来制备炭基固体酸,用油酸的酯化反应来考察催化剂的活性,得到活性炭与重氮盐的量比,次磷酸的反应时间,反应消耗量等最佳工艺条件。用XRD,EA,BET,SEM,TGA,IR对煤基活性炭和以煤基活性炭制备的炭基固体酸做表征,表征的结果显示炭基固体酸是无定形碳结构,催化剂中存在磺酸基,磺酸基的含量0.64 mmol g-1 ,固体催化剂的硫元素全部来自磺酸基。 通过对酯化反应参数进行优化,得出了最适宜的酯化条件,即:乙醇与油酸的物质的量比为10:1,炭基固体酸催化剂用量为油酸质量的7%,酯化反应温度80℃,酯化反应时间为8h。炭基固体酸催化剂具有催化效率高、对环境友好,价格低廉且可再生等优点,但稳定性较差,不易回收重复利用,需要重新活化才能重复利用。


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