收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

制备生物柴油的非均相碱催化剂研究

万涛  
【摘要】: 由于地球石化资源的不断减少和环保意识的提高,生物柴油正变得越来越有吸引力。生物柴油具有与石化柴油相近的性质,可以直接用于目前使用的柴油机。生物柴油能够降低一氧化碳、固体颗粒、硫化物,温室气体等的排放。 生物柴油生产通常采用均相碱催化剂,催化剂不能重复使用,会产生大量废水并且容易引起设备腐蚀。非均相催化剂具有简单的工艺流程、反应产物与催化剂易分离、环境友好、能够重复使用等优点。因此,开发固体非均相碱催化剂来取代目前工业上大量使用的液碱催化剂就有着重要的意义。目前,固体碱催化制备生物柴油已经成为生物柴油领域的研究热点,各国的研究者都在努力寻找高活性、高选择性和高稳定性的非均相催化剂。 本文以制备生物柴油的非均相碱催化剂作为主要研究对象,对生物柴油脂肪酸甲酯成分进行了分析;研究KF/MgO、铝酸钠、K2C03/La2和KF/La2O3催化植物油脂酯交换反应的工艺条件,对催化剂进行了表征;K2CO3/La2O3、KF/La2O3和铝酸钠三种固体碱催化剂催化大豆油与甲醇酯交换反应的宏观动力学进行了研究。 将菜籽油为原料制备得到的生物柴油用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析,得到混合脂肪酸甲酯主要的四种成分为:棕榈酸甲酯(16:0)、油酸甲酯(18:1)、亚油酸甲酯(18:2)和亚麻酸甲酯(18:3)。分别将菜籽油、大豆油和棉籽油为原料制备得到的生物柴油用气相色谱进行了定量分析。菜籽油脂肪酸甲酯主要成分的含量为:棕榈酸甲酯6.32%、油酸甲酯49.26%、亚油酸甲酯16.35%和亚麻酸甲酯25.73%;大豆油脂肪酸甲酯主要成分含量:棕榈酸甲酯12.13%和油酸甲酯84.25%;棉籽油脂肪酸甲酯主要成分含量:棕榈酸甲酯28.64%和油酸甲酯69.13%。以菜籽油生物柴油为例建立了内标法测定脂肪酸甲酯产率的方法。利用高效液相色谱对菜籽油、大豆油和棉籽油制备生物柴油反应过程中的成分进行了分析,建立了测试条件。采用流动相A为甲醇,B为异丙醇和正己烷混合溶液(5:4,v:v)。0-15min流动相为A相,15-35min浓度梯度线性增加至A相50%,B相50%,然后保持此流动相比例至检测结束。采用核磁共振氢谱测定生物柴油脂肪酸甲酯的产率。根据脂肪酸甲酯具有特征的甲氧基氢和甘三酯、中间产物及脂肪酸甲酯中都存在α-羰基亚甲基氢计算脂肪酸甲酯产率,方法快速、准确。 采用氧化镁负载氟化钾作为固体碱催化菜籽油酯交换反应制备生物柴油。催化剂表现出对菜籽油酯交换反应良好的催化活性。500℃煅烧35% KF/MgO的转化率可以达到79.37%。发现催化剂在80℃烘干后就具有与500℃煅烧后几乎相同的催化活性,简化了催化剂制备的步骤。采用Hammett indicator method, BET, TG/DTG, XRD, NMR, EDS,和FT-IR对催化剂进行表征,至少有两种活性中心:与载体相互作用的不饱和F-离子和催化剂制备过程中产生的羟基。同时,还研究了醇油比和催化剂用量对转化率的影响。 采用铝酸钠作为固体碱催化菜籽油酯交换反应制备生物柴油。催化剂表现出对酯交换反应很高的反应活性。在甲醇沸点下,醇油比12:1,催化剂用量1.5%,反应时间60min,反应产率能够达到93.9%。采用Hammett indicator method, ICP-OES, TG/DTG, XRD,和FT-IR对催化剂进行表征。发现催化反应同时包含非均相催化和均相催化。通过加温或烘干除去铝酸钠表面的水分和二氧化碳能够有效提高其在甲醇中的稳定性。 采用K2CO3/La2O3和KF/La2O3作为固体碱催化菜籽油酯交换反应合成生物柴油。25%K2CO3/La2O3经过600℃煅烧后用于反应,在醇油比15:1,催化剂用量4%,反应时间20min和反应温度60℃的条件下,产率达到94.4%。25wt%KF/La2O3达到相同产率的反应条件为醇油比12:1,催化剂用量4%,反应时间40min和反应温度60℃。 通过对不同负载量和煅烧温度的两种催化剂的表征,发现K2CO3/La2O3在煅烧过程中,经过了LaKO(CO3)的中间态,并且碳酸钾也会和氢氧化镧发生作用,最后转变为活性中心La-O-K类物质,覆盖在催化剂表面,容易与甲醇发生相互作用。对于KF/La2O3,除了有类似K2CO3/La2O3的活性中心外,其主要的活性组分应该为La[(OH)x---Fy],碱性中心来自与氟原子相邻最近的氧原子。 利用三种固体碱催化剂催化大豆油酯交换反应的脂肪酸甲酯浓度与时间变化的数据,计算得到了表观反应级数、表观速率常数和表观活化能。从得到的反应级数数据可以看出,反应物浓度对K2CO3/La2O3作催化剂的反应影响要比KF/La2O3大。50℃下NaAlO2的催化反应浓度升高反而反应速率下降。从活化能的角度看,温度对反应影响大小的次序为:K2CO3/La2O3KF/La2O3。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 CorinnaWu,王建华;植物油──未来汽车的动力[J];世界科学;1999年06期
2 王博;王培;;海外传真[J];商用汽车新闻;2008年17期
3 Frank;;环球竞赛号机动船创最新环游地球纪录[J];交通世界(运输.车辆);2008年08期
4 和风;;贵阳投资建成年产万吨生物柴油生产线[J];可再生能源;2009年05期
5 周良虹;陈锡明;;国国国内外外可可可再再再生生生能能能源源源文文文献献献信信信息息[J];可再生能源;2006年05期
6 ;能源简讯 [J];中外能源;2007年03期
7 ;云南省筹建全国最大生物柴油基地[J];可再生能源;2008年06期
8 潘希;;发展生物柴油新技术:规模要适当 速度应适中[J];资源与人居环境;2010年03期
9 章希;生物柴油的应用前景[J];城市公用事业;2000年03期
10 江清阳,孙平;生物柴油对能源和环境影响的研究[J];江苏大学学报(自然科学版);2002年04期
11 谭天伟,王芳,邓利;生物能源的研究现状及展望[J];现代化工;2003年09期
12 万点;;GE公司的LM6000燃气轮机示范了对生物柴油的兼容性[J];燃气轮机技术;2008年01期
13 郑言;;微藻制生物柴油前景可期[J];中国石化;2009年08期
14 马倩;蒋丽娟;李昌珠;;能源植物系列讲座(12) 生物柴油原料油植物——白檀[J];太阳能;2009年12期
15 钱伯章;;麻疯树油:受青睐的生物柴油原料[J];新材料产业;2010年01期
16 张包钊,郭凤华;低污染可再生生物柴油的商业化进展[J];能源工程;2002年01期
17 钱伯章;新型汽车代用燃料的开发和应用前景(上)[J];能源技术;2003年06期
18 钱伯章;;生物燃料的国内外发展现状及预测[J];新材料产业;2006年03期
19 ;生物柴油简单工艺流程[J];太阳能;2008年02期
20 ;“微藻生物柴油成套技术”项目启动[J];可再生能源;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邓欣;方真;张帆;曾虹燕;廖凯波;邹大鹏;;纳米镁铝水滑石的制备及应用与生物柴油转化[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
2 邓欣;方真;张帆;曾虹燕;廖凯波;邹大鹏;;纳米镁铝水滑石的制备及应用与生物柴油转化[A];第十二届中国科协年会——非粮生物质能源与高技术产业化研讨会论文集[C];2010年
3 景晓军;李孟良;;掺烧不同比例生物柴油的发动机性能研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
4 孙玉秋;陈波水;方建华;王九;;烯烃-醋酸乙烯酯混合共聚物对生物柴油低温流动性的影响[A];中国石化协会、润滑脂专业委员会一届二次全体成员大会暨全国第十五届润滑脂技术交流会论文集[C];2009年
5 胡志远;孙晓清;谭丕强;楼狄明;;共轨柴油机燃用麻疯树制生物柴油的性能及排放特性[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
6 李率;蔺建民;张永光;;石化行业标准生物柴油氧化安定性测定方法的制定[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
7 张雅洁;刘双喜;景晓军;高俊华;;柴油机燃用不同比例棉籽生物柴油的试验研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第十四届年会论文集[C];2010年
8 余磊;马淑芬;;生物柴油对润滑油使用性能的影响及其评价方法[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第十四届年会论文集[C];2010年
9 吴江;陈波水;方建华;王九;;生物柴油的润滑性及机理研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
10 翟建华;邓一蕾;曹晓妹;;生物质柴油的生产方法及筛选[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李琴;酶法制备生物柴油新工艺及其高值化技术探索[D];华中科技大学;2010年
2 朱磊;生物柴油发动机燃烧控制与排放特性试验研究[D];上海交通大学;2012年
3 崔勇;非粮原料生物柴油及复合添加剂对非道路柴油机应用性能影响[D];江苏大学;2013年
4 吴毅峰;大豆生物柴油在不同环境条件下燃烧与碳烟排放特性的研究[D];华中科技大学;2010年
5 李法社;小桐子生物柴油的超临界两步法制备及其抗氧化耐低温性的研究[D];昆明理工大学;2011年
6 许广举;生物柴油非常规污染物形成机理的理论分析与试验研究[D];江苏大学;2012年
7 王显刚;生物柴油喷雾、燃烧和碳烟生成特性及其对柴油机微粒排放影响的研究[D];西安交通大学;2011年
8 李立琳;乙醇/生物柴油燃烧过程试验研究与理论分析[D];江苏大学;2013年
9 刘军锋;第三代生物柴油的开发研究[D];北京化工大学;2013年
10 郭峰;新型固体酸碱催化剂的制备及其在生物柴油合成中的应用[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛刚;女贞籽油制备生物柴油的研究[D];西北农林科技大学;2010年
2 李娜林高娃;生物柴油合成新工艺研究[D];内蒙古大学;2010年
3 丁荣;固定化脂肪酶催化光皮树油脂合成生物柴油[D];中南大学;2010年
4 胡智杰;固体碱催化制备生物柴油的研究[D];长安大学;2010年
5 冯兵;光皮树籽生物柴油的酶促合成技术研究[D];湖南农业大学;2010年
6 王红娜;气升式反应器两步法生产生物柴油实验研究[D];郑州大学;2010年
7 李瑞贞;竹废料微波辅助裂解制备生物柴油抗氧化剂的研究[D];南昌大学;2010年
8 王友东;固定化重组脂肪酶催化木本植物油脂制备生物柴油研究[D];南京林业大学;2010年
9 申东美;糖基固体酸催化剂制备生物柴油的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 黄继伟;生物柴油静电雾化机理及喷雾特性的研究[D];江苏大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 刘颖;泔脚废油能“变”能源[N];解放日报;2005年
2 记者 江山 实习生 李琳;泔脚“再生”可当汽车“饲料”[N];无锡日报;2005年
3 柳志卿;我贫困地区启动生物柴油项目[N];中国化工报;2006年
4 周洁;我省首个生物柴油厂年内有望投产[N];江苏经济报;2006年
5 支维墉;生物柴油发展难破原料“瓶颈”[N];江苏经济报;2007年
6 本报记者 董映璧;生物柴油:清洁的可再生能源[N];科技日报;2006年
7 赵侠;花椒籽油能转化为生物柴油[N];中国绿色时报;2007年
8 晓玲;华中农大已生产约3吨生物柴油[N];粮油市场报;2006年
9 ;浙江:大量民资涌入生物柴油制造行业[N];粮油市场报;2007年
10 记者 廖兴阳;生物柴油有望“解渴”云南油荒[N];昆明日报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978