新型Lewis納米碳管固體酸制備及其在催化合成生物柴油中的應(yīng)用.pdf

1、分類號：TB321密級：公開UDC：10407學(xué)號：6720140478碩士學(xué)位論文2016年12月20日新型新型Lewis納米碳管納米碳管固體酸制備及其在催化合固體酸制備及其在催化合成生物柴油中的應(yīng)用成生物柴油中的應(yīng)用PreparationofaNovelLewisSolidAcidbyCarbonNanotubesanditsApplicationintheCatalyticSynthesisofBiodiesel學(xué)位類別：全日制專

2、業(yè)碩士作者姓名：侯小鵬學(xué)科、專業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：舒慶(副教授)研究方向：催化材料江西理工大學(xué)碩士論文摘要I摘要經(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

3、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--SO42-/MWCNTs、Al3-SO42-/MWCNTs和Ce3-Ti4-SO42-/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

4、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SO42-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Brnsted酸性位的同時，增加了Lewis酸性位的含量，降低甚至消除了Brnsted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。實驗結(jié)果表明，以F--SO42-/MWCNTs作為催化劑反應(yīng)時，當(dāng)催化劑的量為反應(yīng)物總質(zhì)

5、量的0.9%，甲醇與油酸摩爾比為12:1，溫度為65oC時，反應(yīng)6小時，油酸轉(zhuǎn)化率可達(dá)到90%。以Al3-SO42-/MWCNTs作為催化劑反應(yīng)時，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，反應(yīng)7小時后，油酸的轉(zhuǎn)化率為95%。以Ce3-Ti4-SO42-/MWCNTs作為催化劑反應(yīng)時，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，反應(yīng)5小時后，油

6、酸的轉(zhuǎn)化率為93.4%。3.以F--SO42-/MWCNTs作為催化劑，對油酸與甲醇的酯化反應(yīng)進(jìn)行動力學(xué)模擬計算。從反應(yīng)溫度、醇油比和催化劑的量這幾個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)果表明實驗數(shù)據(jù)與模型的假設(shè)有較好的吻合，計算得出正逆反應(yīng)活化能分別為31.46kJmol-1和-16.1kJmol-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