本文選題：生物柴油 + 固體酸催化劑��； 參考：《貴州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：石化能源的不斷消耗和環(huán)境問題的日益加重,促進(jìn)了可再生清潔能源的研究與發(fā)展。生物柴油具有可生物降解、無硫、可再生、高潤滑性等優(yōu)點,是重要的可替代能源之一。為降低成本,通常以非食用油(如麻瘋樹油)為原料來制備生物柴油。此外,在食品加工過程中會產(chǎn)生大量的游離脂肪酸副產(chǎn)物,將其與小分子醇的酯化反應(yīng)是制備生物柴油的另一重要途徑。而雙酸位固體催化劑中活性位點可協(xié)同作用,有利于提高其在酯化酯交換反應(yīng)中的催化活性�；诖�,本文設(shè)計合成了三種固體酸催化劑,并用于催化酯化酯交換反應(yīng)制備生物柴油。研究結(jié)果如下:(1)制備得到三種金屬氟化物(MgF_2、ZnF_2、AlF3),并將該催化劑用于油酸與甲醇酯化反應(yīng),測試催化劑的催化活性。通過XRD、NH3-TPD、TGA等對催化劑進(jìn)行表征。通過對比發(fā)現(xiàn)ZnF_2在油酸酯化反應(yīng)中催化活性最高,在一定反應(yīng)條件下(醇油摩爾比10/1、催化劑用量8 wt%、反應(yīng)時間6 h、反應(yīng)溫度140°C),油酸轉(zhuǎn)化率為92%。催化劑ZnF_2重復(fù)使用四次后,油酸轉(zhuǎn)化率幾乎沒有降低,表明催化劑具有優(yōu)良的重復(fù)使用性。(2)分別采用浸漬法、溶劑熱法制備了一系列TPA-金屬氟化物固體催化劑,通過FT-IR、XRD、EDS、NH3-TPD、CO2-TPD、N2-吸附解析等對催化劑進(jìn)行了表征;并將該類催化劑用于油酸與甲醇的酯化反應(yīng),探討不同催化劑的催化活性,其中Mg20F39TPA-1.0催化活性最好,在同等條件下其催化活性甚至比TPA的催化活性高。這主要是因為L酸位點的引入,有利于酯化反應(yīng)的發(fā)生。而對于催化劑30 wt%TPA/MgF_2和30 wt%TPA/ZnF_2,其酸密度相當(dāng),但30 wt%TPA/MgF_2催化活性更好,主要是由于30 wt%TPA/MgF_2比表面積更高,有效活性位點更多。通過單因素法優(yōu)化酯化反應(yīng)條件,在最佳反應(yīng)條件下(醇油摩爾比9/1、催化劑用量5 wt%、反應(yīng)時間4 h、反應(yīng)溫度80°C),油酸轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%。催化劑重復(fù)使用5次后,催化活性幾乎沒有降低,且對重復(fù)使用后的催化劑進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)催化劑的結(jié)構(gòu)幾乎沒有發(fā)生變化,表明催化劑具有較好的重復(fù)使用性。對Mg20F39TPA-1.0催化油酸酯化反應(yīng)的反應(yīng)制定了動力學(xué)模型,且活化能相對TPA為催化劑時低,為43.9 kJ/mol,進(jìn)一步證明了雙酸位的重要性。采用曲面響應(yīng)法探討各反應(yīng)條件對酯化反應(yīng)的影響。Mg20F39TPA-1.0催化麻瘋樹油(19.35 mg KOH/g)與甲醇酯化酯交換反應(yīng),在醇油摩爾比30/1、催化劑用量8 wt%、反應(yīng)時間12 h、反應(yīng)溫度140°C的反應(yīng)條件下,生物柴油產(chǎn)率高達(dá)93%。(3)引入模板劑P123,制備多孔金屬氟化物,并通過FT-IR、XRD、EDS、NH3-TPD、N2-吸附解析等對催化劑進(jìn)行了表征。將TmZnF_2用于油酸酯化反應(yīng)中,其中,T6ZnF_2催化活性最佳。在醇油摩爾比9/1、催化劑用量5 wt%、反應(yīng)時間6 h、反應(yīng)溫度120°C的反應(yīng)條件下,油酸轉(zhuǎn)化率為96%。將T6ZnF_2用于高酸值麻瘋樹油(15.47 mg KOH/g)與甲醇同時酯化酯交換反應(yīng)中,并采用單因素法優(yōu)化反應(yīng)條件,在醇油摩爾比30/1、催化劑用量10 wt%、反應(yīng)時間10 h、反應(yīng)溫度100°C的反應(yīng)條件下,生物柴油產(chǎn)率為95%。催化劑重復(fù)使用4次后,油酸轉(zhuǎn)化率幾乎沒有降低,表明催化劑具有良好的重復(fù)使用性。對T6ZnF_2催化高酸值麻瘋樹油同時酯化酯交換反應(yīng)體系制定了動力學(xué)模型,測得其活化能相對較低,為50.05 kJ/mol。
[Abstract]:The continuous consumption of petrochemical energy and the increasing environmental problems have promoted the research and development of renewable and clean energy. Biodiesel has the advantages of biodegradation, sulfur free, renewable, high skid and so on. It is one of the important alternative energy sources. In order to reduce the cost, the biodiesel is usually prepared with non edible oil (like mad tree oil) as raw material. In addition, there will be a large number of free fatty acid byproducts in the process of food processing, and the esterification reaction with small molecular alcohols is another important way to prepare biodiesel. The active site of the double acid solid catalyst can synergy and improve its catalytic activity in the esterification reaction. Based on this, this paper is designed and combined. Three kinds of solid acid catalysts were prepared and used to catalyze the preparation of biodiesel by esterification reaction. The results were as follows: (1) three kinds of metal fluoride (MgF_2, ZnF_2, AlF3) were prepared, and the catalyst was used to esterification of oleic acid to methanol and the catalytic activity of the catalyst was tested. The catalyst was characterized by XRD, NH3-TPD, TGA and so on. It is found that ZnF_2 has the highest catalytic activity in oleic acid esterification. Under certain reaction conditions (alcohol oil mole ratio 10/1, catalyst dosage 8 wt%, reaction time 6 h, reaction temperature 140 degree C), the conversion rate of oleic acid is 92%. catalyst ZnF_2 repeated use four times, the conversion rate of oleic acid is not reduced, indicating that the catalyst has excellent reusability (2) a series of TPA- metal fluoride solid catalysts were prepared by impregnation and solvothermal method. The catalysts were characterized by FT-IR, XRD, EDS, NH3-TPD, CO2-TPD, N2- adsorption and so on. The catalyst was used in the esterification of oleic acid and methanol, and the catalytic activity of different catalysts was discussed, in which Mg20F39TPA-1.0 catalyzed the activity. In the same condition, the catalytic activity of the catalyst is even higher than that of TPA. This is mainly due to the introduction of the L acid site, which is beneficial to the esterification reaction. For the catalyst 30 wt%TPA/MgF_2 and 30 wt%TPA/ZnF_2, the acid density is equal, but the 30 wt%TPA/MgF_2 catalytic activity is better, mainly due to the higher ratio of 30 wt%TPA/MgF_2 to the surface area. There are more effective active sites. The esterification conditions are optimized by single factor method. Under the optimum reaction conditions (alcohol oil mole ratio 9/1, catalyst dosage 5 wt%, reaction time 4 h, reaction temperature 80 degree C), oleic acid conversion rate is high to 95%. catalyst for 5 times, the catalytic activity is almost not reduced, and the reused catalyst is characterized. It was found that the structure of the catalyst had almost no change, indicating that the catalyst had good reusability. The kinetic model was established for the reaction of Mg20F39TPA-1.0 to catalyze the esterification of oleic acid, and the activation energy was lower than that of TPA as the catalyst. It was 43.9 kJ/mol, which further proved the importance of diacid sites. The effect of the conditions on the esterification reaction.Mg20F39TPA-1.0 catalyzes the exchange reaction of Jatropha curcas oil (19.35 mg KOH/g) with methanol esterified ester, in alcohol oil mole ratio 30/1, catalyst dosage 8 wt%, reaction time 12 h and reaction temperature 140 degree C, the yield of biodiesel is as high as 93%. (3) and porous metal fluoride is prepared and porous metal fluoride is prepared. The catalyst was characterized by FT-IR, XRD, EDS, NH3-TPD, N2- adsorption and so on. TmZnF_2 was used in the esterification of oleic acid, in which the catalytic activity of T6ZnF_2 was the best. In the alcohol oil molar ratio 9/1, the amount of catalyst was 5 wt%, the reaction time was 6 h, and the reaction temperature was 120 degree C. The oleic acid conversion rate was used for the high acid value of Jatropha curcas oil (15.4). 7 mg KOH/g) and methanol at the same time esterification and transesterification reaction, and using single factor method to optimize the reaction conditions, in alcohol oil mole ratio 30/1, catalyst dosage 10 wt%, reaction time 10 h, reaction temperature 100 degree C reaction conditions, biodiesel yield of 95%. catalyst reused 4 times, the conversion rate of oleic acid almost did not decrease, indicating the catalyst has Good reusability. A kinetic model was established for the simultaneous esterification reaction system of the high acid value leprosy tree oil catalyzed by T6ZnF_2, and the activation energy was relatively low, which was 50.05 kJ/mol..
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;TE667

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本文編號：1903547