生物質(zhì)基固體磺酸的制備及催化高酸值油制備生物柴油的研究.pdf

1、在現(xiàn)代化工工業(yè)中,催化劑的制備是科技人員永恒的技術(shù)挑戰(zhàn)。目前在生物柴油制備工業(yè)上應(yīng)用的主要催化劑是液體酸堿化學(xué)催化劑,但均相催化劑最大的缺點(diǎn)是不利于產(chǎn)物分離,容易造成環(huán)境污染。隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)向綠色化方向發(fā)展,固體催化劑的研究和應(yīng)用越來越受關(guān)注。通過研究發(fā)現(xiàn)固體酸催化劑具有在反應(yīng)條件下不容易失活、對(duì)原料油脂的質(zhì)量無很高要求、能催化高酸值和較高含水量的油脂(例如廢餐飲油)一步法生產(chǎn)生物柴油等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題旨在尋找能高

2、效催化制備生物柴油是綠色固體酸催化劑。本文以江西最為豐富的生物質(zhì)原料之一的毛竹屑廢料為原料,對(duì)生物質(zhì)廢料進(jìn)行開發(fā)利用,制備生物質(zhì)基固體磺酸類催化劑磺化炭,具有超強(qiáng)酸的催化活性,能同時(shí)催化酯化和酯交換反應(yīng),實(shí)行一步法制備生物柴油,簡化了生產(chǎn)工藝,易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn),生產(chǎn)的生物柴油符合國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)固體酸在催化反應(yīng)結(jié)束后容易分離,能夠重復(fù)利用,既避免了傳統(tǒng)的酸堿法催化后分離困難、水洗產(chǎn)生大量廢水污染,又不受原料酸值和含水量的影響,對(duì)原料油脂的

3、質(zhì)量要求不高,適用范圍廣,可緩解原料短缺帶來的壓力。
　　 利用廢棄可再生的木質(zhì)纖維竹屑為原料,采用硫酸脫水炭化再磺化的方法制備了生物質(zhì)炭基固體磺酸催化劑。對(duì)催化劑的制備過程中原料的處理,炭化條件的控制以及磺化氛圍作了系統(tǒng)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)超聲波輔助堿處理的竹屑制得的催化劑疏松,內(nèi)部孔徑更大,比表面積大,內(nèi)部含有更豐富的活性基團(tuán),表現(xiàn)的催化活性更強(qiáng)；竹屑炭化條件的選擇和控制對(duì)后續(xù)磺化反應(yīng)有很大的影響,用80％的硫酸使竹屑在

4、80℃加熱3h得到疏松多孔的竹炭,不定型結(jié)構(gòu)有利于磺化后在竹炭的稠環(huán)結(jié)構(gòu)上引入數(shù)量相對(duì)較多的磺酸基團(tuán)；磺化溫度越高越有利于磺化反應(yīng)的進(jìn)行,在120℃下磺化5h得到的催化劑具有最佳的催化活性。
　　 本文應(yīng)用SEM,XRD,BET,FTIR等檢測檢測手段對(duì)磺化炭進(jìn)行了表征,結(jié)果顯示磺化炭是一種具有高比表面積,巨大的空隙體積,無定型的結(jié)構(gòu)的分子材料催化劑,磺化炭芳香稠環(huán)結(jié)構(gòu)上具有功能磺酸基團(tuán)。這些特性使其具有高效的催化活性。熱重分析

5、顯示磺化炭具有很好的熱穩(wěn)定性,在應(yīng)用催化劑制備生物柴油過程中不會(huì)因分解而活性降低。
　　 采用自制的固體磺酸催化劑催化餐飲廢油與甲醇酯化制備生物柴油。采用甲醇?xì)庀嘌h(huán)帶水裝置,使甲醇、油、催化劑三者之間能夠充分地混合,在105℃、催化劑用量為4wt％,醇油摩爾比6:1條件下預(yù)酯化反應(yīng)5h后,餐飲廢油中脂肪酸甲酯酯化率能達(dá)到98.84％,且在原料含水量達(dá)到6％的情況下酯化率仍在98％以上。該催化劑對(duì)原料的酸值,含水量要求不高,適應(yīng)

6、的原料范圍廣,可緩解原料短缺帶來的壓力。催化劑穩(wěn)定性高,可重復(fù)使用,是一種非常有應(yīng)用前景的固體催化劑。
　　 本文利于對(duì)光皮樹油進(jìn)行精煉,應(yīng)用自制的磺化炭固體酸催化光皮樹油轉(zhuǎn)化成生物柴油,為光皮樹油的綜合利用提供了新的思路,也緩解了生物柴油生產(chǎn)工業(yè)中原料短期的壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在反應(yīng)溫度85℃、醇油摩爾比12:1、催化劑用量為6％時(shí)反應(yīng)13h后轉(zhuǎn)化率能達(dá)到96％以上。在相同條件下其催化活性與1.5％用量的H2SO4效果接近,生