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《长安大学》 2010年
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固体碱催化制备生物柴油的研究

胡智杰  
【摘要】: 以动植物油与小分子醇通过酯交换反应生产的生物柴油,具有原料可再生、燃烧使用污染小等特点,逐步成为化石油料的替代品。在目前的生物柴油制备技术中大多采用均相催化剂制备生物柴油,此种工艺中存在着含催化剂废水排放的污染、产品和催化剂分离困难等问题。研究固体碱催化酯交换反应制备生物柴油具有重要的理论意义和实际应用价值。 论文以菜籽油为制备生物柴油的原料,研究了强碱型阴离子交换树脂201×4作为催化剂制备生物柴油的工艺流程和影响因素,研究发现醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对菜籽油转化率均有影响。正交试验获得强碱型树脂201×4催化菜籽油制备生物柴油的最佳工艺为:醇与菜籽油摩尔比10:1,催化剂用量为菜籽油质量2%,反应温度为55℃,反应时间1.5h。在该条件下,菜籽油制备生物柴油的转化率为69%。影响因素的强弱次序为:醇油摩尔比反应温度催化剂质量分率反应时间。 鉴于强碱型阴离子交换树脂201×4作为催化剂制备生物柴油,菜籽油的转化率仅为69%。在查阅大量文献的基础上,试验研究发现了一种新型负载固体碱催化剂——膨润土负载硝酸钾固体碱可以很好催化酯交换反应制备生物柴油。以菜籽油转化率为考察对象,试验获得膨润土负载硝酸钾固体碱催化剂的制备工艺为:硝酸钾与膨润土质量比为1:1,以0.5mL:g的比例加水,于110℃干燥过后取出,研磨过筛,颗粒粒径1251μm-250μm;放入马沸炉700℃焙烧4小时;催化剂颗粒直径在250μm到380μm时,催化酯交换反应效果最好。 以菜籽油为原料,自制膨润土负载硝酸钾固体碱为催化剂,研究了制备生物柴油的影响因素和最佳工艺条件。醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对生物柴油收率有影响。制备生物柴油的最佳工艺条件为:醇与菜籽油摩尔比11:1,催化剂为菜籽油质量4%,反应温度为55℃,反应时间2.5h。生物柴油收率可达96%。影响因素的强弱次序为:醇油摩尔比反应温度催化剂质量分率反应时间。研究还发现膨润土负载硝酸钾固体碱催化剂3次回收利用,催化效果无明显降低。 对所得生物柴油进行了理化性能测试,结果表明生物柴油的酸值、碱值和含水率等主要指标符合我国现行生产生物柴油标准。
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