經(jīng)化學(xué)催化生產(chǎn)生物柴油,選擇固體酸作為催化劑,具有以下優(yōu)勢:對原料油脂的品質(zhì)要求低,可同時(shí)催化酯化和酯交換反應(yīng),克服了傳統(tǒng)的液體酸堿催化法的工藝復(fù)雜,產(chǎn)生大量的含鹽廢水等缺點(diǎn)。一種具有靈活空間結(jié)構(gòu)的載體,對于固體酸的催化性能有顯著的影響作用。基于納米碳管是一種兩端封閉結(jié)構(gòu)的一維量子材料,嚴(yán)格的空間約束有利于其發(fā)揮空間選擇催化作用。因此,本研究以納米碳管作為載體,利用金屬或非金屬和磺化作用改性修飾納米碳管,并將其應(yīng)用于油酸與甲醇酯化反應(yīng)合成生物柴油的反應(yīng)體系之中,得到了良好的效果。1.采用高溫磺化法修飾改性多壁納米碳管,利用了F元素的強(qiáng)非金屬性,Al元素的金屬性以及稀土元素的特殊原子結(jié)構(gòu),制備了固體酸催化劑F~--SO_4~(2-)/MWCNTs、Al~(3+)-SO_4~(2-)/MWCNTs和Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs。經(jīng)過表征結(jié)果分析,在磺化納米碳管體系中引入了特定的離子,加強(qiáng)了催化劑的穩(wěn)定性,減少了硫酸根的流失,改變了碳管表面SO_4~(2-)的化學(xué)狀態(tài),加劇了體系電荷不平衡趨勢,加強(qiáng)了催化劑正電荷過剩的趨勢,在消除Br(?)nsted酸性位的同時(shí),增加了Lewis酸性位的含量,降低甚至消除了Br(?)nsted酸因發(fā)生水合反應(yīng)而降低催化效率的可能性。2.考察了在三種體系中,不同的溫度,醇油摩爾比以及催化劑的量對轉(zhuǎn)化率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以F~--SO_4~(2-)/MWCNTs作為催化劑反應(yīng)時(shí),當(dāng)催化劑的量為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.9%,甲醇與油酸摩爾比為12:1,溫度為65oC時(shí),反應(yīng)6小時(shí),油酸轉(zhuǎn)化率可達(dá)到90%。以Al~(3+)-SO_4~(2-)/MWCNTs作為催化劑反應(yīng)時(shí),當(dāng)醇油摩爾比為12:1,催化劑的用量占反應(yīng)物體系的質(zhì)量百分比為0.9%,反應(yīng)溫度為65℃時(shí),反應(yīng)7小時(shí)后,油酸的轉(zhuǎn)化率為95%。以Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs作為催化劑反應(yīng)時(shí),當(dāng)醇油摩爾比為14:1,催化劑的用量占反應(yīng)物體系的質(zhì)量百分比為1%,反應(yīng)溫度為65℃時(shí),反應(yīng)5小時(shí)后,油酸的轉(zhuǎn)化率為93.4%。3.以F~--SO_4~(2-)/MWCNTs作為催化劑,對油酸與甲醇的酯化反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算。從反應(yīng)溫度、醇油比和催化劑的量這幾個(gè)方面討論其對油酸酯化反應(yīng)的影響。假設(shè)反應(yīng)是擬均相可逆二級反應(yīng),結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型的假設(shè)有較好的吻合,計(jì)算得出正逆反應(yīng)活化能分別為31.46 kJ·mol-1和-16.1 kJ·mol-1。以上的研究結(jié)果表明,磺化納米碳管通過一些特定元素的修飾,改變了磺化納米碳管的酸性屬性,進(jìn)一步的提高磺化納米碳管的催化性能,減少酸活性位的流失。納米碳管或?qū)⒊蔀樯a(chǎn)生物柴油的新型催化材料。
【學(xué)位單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TE667;TQ426
【部分圖文】：

圖 1.4 納米碳管結(jié)構(gòu)圖（A）單壁納米碳管 SWNTs（B）多壁納米碳管 MWNTs管的性質(zhì)是一種高效的催化劑載體材料，納米碳管是一種特殊的碳催化劑載體本身就具有很多優(yōu)異的性能。這些優(yōu)點(diǎn)有：性、優(yōu)秀的機(jī)械力學(xué)性能以及高熱穩(wěn)定性；有較強(qiáng)的耐受性；可控性(多壁納米碳管的表面積在 50-500m2g-1,內(nèi)徑在 5-1態(tài)具有可塑性；變碳管的化學(xué)組成(如氮摻雜和硼摻雜納米碳管)；化碳管表面來改變碳管的親水性、pH 值、電子的得失性特殊的化學(xué)性質(zhì)；的催化劑載體相比，具有更強(qiáng)的環(huán)境耐受性；

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2823098