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随着传统化石燃料的日益短缺以及对环境问题的日益关注,替代燃料己引起各国的关注与重视。生物柴油,作为一种很有前途的替代原料,它是指利用动植物油脂与低碳醇通过酯交换反应而得到的低碳烷基酯混合物。与石化柴油相比,它具有含硫量低,芳香烃含量少,含氧量高,十六烷值高,闪点高,废气逸出少等优点,故生物柴油的研究对推进能源结构转变具有重要的意义。本论文包含四个部分:
第一部分:本文首次分别研究了大豆油和葵花籽油在不同有机共溶剂存在下,通过酯交换反应制备生物柴油的各种影响因素条件对产率的影响,并得到各自的最佳反应工艺条件。其中大豆油在二氯甲烷共溶剂体系中制备生物柴油的最佳工艺条件为:醇油摩尔比为4.5:1,反应温度为45℃,催化剂用量为1.0％,反应时间为120min,二氯甲烷的用量为4.0％；最大产率可达95.44％。葵花籽油在四氢呋喃共溶剂体系中制备生物柴油的其最佳反应条件为:醇油摩尔比6:1,反应温度为50℃,催化剂用量为0.8％,反应时间为2h,THF的用量为10％；最高产率可达94.78％。通过对产品一系列的物理性能指标(如十六烷值、闪点、冷滤点、酸值等)的测定,结果表明所制得生物柴油完全符合各国家的标准。
第二部分:因植物的生长期不同,植物油的供给受到限制,为确保原料的充足,本文首次以混合植物油(大豆油和菜籽油)为原料,研究了在正己烷共溶剂中制备生物柴油的最佳工艺条件,其最佳的工艺条件为:催化剂用量为0.8％,反应温度为55℃,醇油摩尔比为5.0:1,大豆油与菜籽油的质量比为1:1,反应时间为2h,在最佳条件下,产率达到94.39％。还对所得产品进行了物理性能的测试,并与国内外的标准进行比较,其各指标也都符合各国标准。
第三部分:本文采用浸渍法首次采用以稀土氧化物Nd2O3为载体、KOH为负载物的固体碱催化剂,并将其应用于生物柴油的合成反应。通过FI-IR、XRD、TG、SEM等对催化剂结构进行了表征；同时分别考察了负载物、载体、制备条件对催化活性的影响,由此确定了KOH／Nd2O3催化剂的最佳制备工艺条件为:负载量为30wt.％,煅烧温度为600℃；同时研究了KOH／Nd2O3催化剂催化酯交换反应各因素影响,得到最佳工艺条件为:反应时间90min,醇油摩尔比14:1,催化剂用量6wt.％,反应温度60℃；经过活化后,催化剂能重复5次,证明此催化剂具有良好的稳定性和活性。
第四部分:利用浸渍法,本文首次制备了以ZrO2为载体、C4H4O6HK为负载物的固体碱催化剂,并将其应用于生物柴油的合成反应。通过FI—IR、XRD、TG、TEM、UV等表征方法对催化剂结构进行了表征。也分别考察了负载物载体、制备条件对催化活性的影响,由此确定了催化剂的最佳制备条件为:n(Zr)／n(k)=0.65,煅烧温度为512℃。还研究了酯交换反应各因素对催化活性的影响,得出此固体碱催化酯交换反应的最佳条件为:反应时间120min,醇油摩尔比16:1,催化剂用量6wt.％,反应温度60℃,经过活化后,催化剂能多次重复使用,表明此催化剂具有良好的稳定性。