【摘要】：生物柴油(Biodiesel)是一類清潔環(huán)保、可再生的生物質液體能源,與石化燃料油相比,其中所含有硫元素的量較低,除此之外沒有對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴,基于它具有較高的閃點所以在使用過程中不會輕易地發(fā)生爆炸,再加上生物柴油的十六烷值高,燃燒性能好等優(yōu)點,使得生物柴油成為一種石化柴油的良好替代能源。生物柴油一般通過植物油與甲醇的酯交換或酯化反應制得,工業(yè)中通過酯化反應生產生物柴油一般采用均相酸堿催化劑,其具有轉化率高、反應速度快等優(yōu)點,但是也存在設備腐蝕、廢液多、催化劑不易回收利用、環(huán)境污染等缺點。研究高效,利于回收的固體酸催化劑對我國生物柴油產業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。本文嘗試研究了將磺酸化的高分子鏈通過共價接枝的方法接枝到多壁碳納米管上獲得的一系列聚合物與多壁碳納米管的復合材料。其中包括CNT-PVSAIC, CNT-PVSAPC以及CNT-PSSA。 CNT-PVSAIC和CNT-PVSAPC都包含磺酸基官能化的陽離子聚電解質刷。而CNT-PSSA是由磺酸基改性的陰離子型的聚電解質刷組成。三酸甘油酯與甲醇的酯交換反應以及油酸與甲醇的酯化反應是制備生物柴油的典型反應。在三酸甘油酯與甲醇的反應以及油酸與甲醇的反應中,所得的CNT-P-SO3H復合材料作為碳基固體酸催化劑對反應有良好的催化性能。實驗數據表明,催化劑的催化活性與它的酸性有關。為了提高CNT的分散性和調節(jié)催化劑的酸度,共價接枝的方法很方便地在CNT表面接枝各種聚電解質。通過各種表征手段對CNT-P-SO3H材料的結構和性質進行表征,得出其優(yōu)秀的催化性能歸功于介孔結構以及CNT外表面包裹一層P-S03H高分子,提供了密集且均一的活性位點。除此之外,表面裸露的活性位點有利于反應物之間的接觸,并能促使溶劑脫離催化劑。這些性能優(yōu)點使得CNT-P-SO3H復合材料作為碳基固體酸催化劑成為利于酯交換反應和酯化反應制備生物柴油的首要選擇。
[Abstract]:Biodiesel is a kind of clean, renewable biomass liquid energy that contains less sulfur than petrochemicals and no aromatic alkanes that pollute the environment. Because of its high flash point, it will not explode easily in the process of use, plus the advantages of high cetane number and good combustion performance of biodiesel, which makes biodiesel a good alternative energy for petrochemical diesel. Biodiesel is generally prepared by transesterification or esterification of vegetable oil and methanol. In industry, homogeneous acid-base catalyst is used to produce biodiesel by esterification reaction, which has the advantages of high conversion rate and fast reaction speed. But also has the equipment corrosion, the waste liquid many, the catalyst is not easy to recycle, the environment pollution and so on shortcoming. It is of great significance for the development of biodiesel industry to study solid acid catalyst with high efficiency and good recovery. In this paper, a series of polymer composites with multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were prepared by covalent grafting of sulfated polymer chains onto multi-walled carbon nanotubes (MwCNTs). These include CNT-PVSAICPC, CNT-PVSAPC and CNT-PSSA. Both CNT-PVSAIC and CNT-PVSAPC contain sulfonic functionalized cationic polyelectrolyte brushes. CNT-PSSA is composed of sulfonic acid modified anionic polyelectrolyte brushes. Transesterification of triglycerides with methanol and esterification of oleic acid with methanol are typical reactions for the preparation of biodiesel. In the reaction of triglyceride with methanol and oleic acid with methanol, the CNT-P-SO3H composite has good catalytic performance as a carbon-based solid acid catalyst. Experimental data show that the catalytic activity of the catalyst is related to its acidity. In order to improve the dispersion of CNT and adjust the acidity of the catalyst, the covalent grafting method is convenient to graft various polyelectrolytes on CNT surface. The structure and properties of CNT-P-SO3H materials were characterized by various characterization methods. The excellent catalytic properties of CNT-P-SO3H materials were attributed to the mesoporous structure and a layer of P-S03H polymer coated on the outer surface of CNT, which provided dense and uniform active sites. In addition, the surface exposed active sites are favorable to the contact between reactants and can promote the solvent to separate from the catalyst. These properties make CNT-P-SO3H composite as a carbon-based solid acid catalyst as the first choice for esterification and transesterification to prepare biodiesel.
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE667

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