用于生物柴油制備的自然成型炭基催化劑研究.pdf

1、在酯交換法生產(chǎn)生物柴油的過程中,通常采用液體酸為催化劑,存在易乳化、工業(yè)廢水和廢渣多、環(huán)境污染大、工藝復(fù)雜等問題。炭基固體酸催化劑是一種新的固體酸催化劑,表現(xiàn)出較高的催化效率和穩(wěn)定性,但基本都是以糖和淀粉類為原料制得的粉末材料,存在易破碎、難成型的缺點(diǎn)。如能以自然成型的生物質(zhì)為原料,制成具有工業(yè)應(yīng)用形狀要求的炭基固體酸催化劑,用于生物柴油的合成,就可基本實(shí)現(xiàn)完全由生物材料獲得生物柴油的過程,具有重要理論價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景。
　　

2、 本論文選擇林產(chǎn)廢棄的圓形南酸棗核為催化劑原料,采用濃硫酸浸泡法、炭化磺化法和活化炭化磺化法三種制備工藝,獲得一系列自然成型的炭基固體酸催化劑,以酯交換反應(yīng)為評(píng)價(jià)手段,探討了制備工藝參數(shù)對(duì)催化劑機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性和催化性能的影響,確定較好的制備方法和制備條件。
　　 考察三種制備方法中磺化時(shí)間,磺化溫度對(duì)催化劑酸量的影響。得出濃硫酸浸泡法制備的自然成型炭基固體酸催化劑的適宜條件為在室溫下浸泡硫酸10h后,加熱100℃,時(shí)間為3h,

3、催化劑酸量達(dá)到約3.4mmol／g,但是強(qiáng)度卻只有24.9N。炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑的適宜條件為在炭化溫度500℃,恒溫時(shí)長3h,磺化溫度為120℃,磺化時(shí)間為3h。催化劑酸量達(dá)到0.39mmol／g,強(qiáng)度達(dá)到148.2N。活化炭化磺化法制備自然成型炭基固體酸催化劑的適宜條件為在炭化溫度500℃,恒溫時(shí)長3h,磺化溫度為100℃,磺化時(shí)間為2h。催化劑外型完整,催化劑酸量達(dá)到O.58mmol／g,強(qiáng)度達(dá)到150.2N。

4、
　　 掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)分析結(jié)果表明:三種方法制備的炭基固體酸催化劑都是由不規(guī)則的形狀無定形炭顆粒組成。熱重分析(TG)結(jié)果表明,活化炭化磺化法在220℃下都具有優(yōu)良的穩(wěn)定性,用炭化磺化法和濃硫酸浸泡法制備的炭基固體酸催化劑在100℃下較為穩(wěn)定性。紅外光譜分析(TG-IR)結(jié)果表明,三種制備方式制備的炭基固體酸催化劑磺化后的稠環(huán)分子結(jié)構(gòu)上引入了磺酸基團(tuán)。活化炭化磺化法和炭化磺化法制備的催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和水

5、熱穩(wěn)定性相當(dāng),經(jīng)過72h的水熱反應(yīng)后,強(qiáng)度下降15％和13％；由于稠環(huán)分子結(jié)構(gòu)上磺酸基團(tuán)脫附的因?yàn)?酸量下降分別為15％和27％。
　　 采用活化炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑催化酯交換反應(yīng),考察反應(yīng)時(shí)間,反應(yīng)溫度,醇／油摩爾比,催化劑的用量對(duì)生物柴油收率的影響,并由正交試驗(yàn)確定較優(yōu)反應(yīng)條件為:醇油摩爾比為10:1,反應(yīng)時(shí)間為8h,反應(yīng)溫度為70℃,催化劑用量為7.67％(催化劑質(zhì)量:大豆油質(zhì)量)。此時(shí)生物柴油的收率為

6、96.37％。
　　 最后考察了由活化炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑重復(fù)使用性能,由回收的催化劑的未經(jīng)處理直接使用情況得知,催化劑重復(fù)使用5次后生物柴油的收率仍可達(dá)到75％左右。
　　 活化炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境友好和價(jià)格低廉,表現(xiàn)出較好的催化活性,易回收重復(fù)利用,容易與反應(yīng)體系分離。在制備生物柴油時(shí)能減少制備工藝,縮短在分離生生物柴油和催化劑時(shí)所消耗的時(shí)間和生成物的浪費(fèi),提高