磁性固体碱两步法催化多花小桐子油制备生物柴油的研究

发布时间：2017-03-06 11:14

  本文关键词：竹炭基固体酸—磁性固体碱两步法催化多花小桐子油制备生物柴油的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《昆明理工大学》 2015年

竹炭基固体酸—磁性固体碱两步法催化多花小桐子油制备生物柴油的研究

吴学华  

【摘要】：在能源与环境的双重危机下研究生物质能源的转化与利用有着迫切的现实意义。小桐子是国际上有代表性的柴油植物,以不可食用的小桐子油制备生物柴油具有巨大的应用潜力和市场前景。本文围绕多花小桐子油制备生物柴油的催化剂、催化剂制备、催化工艺与效果以及催化的影响因素等相关内容开展系统研究。选取廉价、分布广泛、快速再生的竹材经热化学处理制备竹炭,再以竹炭为载体制备炭基固体酸,并用于催化高酸值油脂的酯化和酯交换反应。利用竹炭的还原性辅助合成镍基磁性固体碱,并用于催化精制油酯交换反应制备生物柴油。通过竹炭基固体酸催化酯化——镍基磁性固体碱催化酯交换两步法转化多花小桐子油为生物柴油,提高转化效率。一、对比热解和水热两种炭化方法,研究竹炭的制备及其物理特性。在300～400℃、0.5或1h条件下制得热解炭,在300～370℃、0.5或1h、固液比1：10(m：V)条件下制得水热炭。研究表明,热解炭的炭收率在32.40-48.00%范围内,高于水热炭的炭收率(31.26～43.68%)。热解炭具有维管束状、表面多孔的特殊形貌,水热炭具有多层镂空组织和微米球状结构。热解炭和水热炭的比表面积相差不大,但热解炭的孔径较大,在13-17 nm之间。在热重反应实验中,热解炭的热稳定性随制备温度的升高和时间的延长而提高。考虑炭回收率及炭孔径因素,热解炭更适合用作催化剂载体。二、使用Satava-Sestak模型函数法对竹粉在C02气氛中热解、气化反应动力学进行了分析。研究表明,随着反应温度的升高,竹粉主要经历了“玻璃化转变”(100～200℃)、纤维素和半纤维素热解(200-400℃)、木质素热解(400-810℃)和炭气化(810-900℃)四个反应阶段。其中木质素热解阶段,炭发生芳香化、石墨化转变,因此热解竹粉制炭要获得较完全的炭化产物,反应温度须大于400℃。此外,在考察的后三个反应阶段内,S atava-Sestak模型函数法计算得到的各阶段的活化能分别为在164.10-189.98kJ/mol、13.91-19.10 kJ/mol和178.02～226.57 kJ/mo1范围内。三、在高温硫酸中磺化热解竹炭制备竹炭基固体酸,考察其在催化高酸值油脂酯化反应和酯交换反应中的活性。研究表明：(1)以油酸的酯化反应为参考反应,单因素实验获得竹炭基固体酸的最佳制备条件为：炭化温度650℃、炭化时间6h、磺化温度140℃和磺化时间10h。竹炭基固体酸具有芳香族炭结构,比表面积为8.58 m2/g,耐热温度达200℃。TPD (Temperature programmed desorption)测试曲线表明磺化竹炭上同时存两个吸附峰,分别对应弱酸和强酸酸位。由元素分析测试结果计算磺酸根密度为1.9 mmol/g。(2)研究了竹炭基固体酸催化多花小桐子油一步法制备生物柴油的催化性能。在反应温度为200℃、反应时间为5h、醇油摩尔比为12：1和催化剂用量为5%的条件下,小桐子生物柴油得率达到71.67%。小桐子生物柴油得率偏低,竹炭基固体酸重复使用情况不理想。四、以竹炭辅助镍化合物制备的镍粉末为磁核,廉价硅酸钠为活性物质,合成新型磁性固体碱首次用于催化酯交换反应研究。以精制油(大豆油)的酯交换反应为参考反应,优化该磁性固体碱的制备条件及考察其催化性能。在优化的酯交换反应条件下,精制油生物柴油得率达到98.46%。该催化剂可于反应结束后用磁铁分离,在循环使用4次后酯交换得率仍大于93%。活性组分脱落是该催化剂活性降低的主要原因。五、以多花小桐子油为原料,开发出竹炭基固体酸——镍磁性硅酸钠固体碱两步法催化高酸值小桐子油制备生物柴油的连续生产工艺。(1)通过优化,在反应温度100℃、反应时间60 min、醇油摩尔比12：1和竹炭基固体酸用量为7%时,小桐子油的酸值由17.13mgKOH/g降为1.71 mgKOH/g,酯化率为90.02%；(2)在反应温度为65℃、反应时间60 min、醇油摩尔比9：1和磁性固体碱用量为7%的条件下,磁性固体碱催化预酯化的小桐子油转化为生物柴油,得率为90.44%;(3)在45-65℃范围内,采用了一阶动力学模型对小桐子油酯交换反应动力学进行研究,计算的反应活化能为23.85 kJ/mol,频率因子为252.45/min。(4)反应结束后,竹炭基固体酸通过简单离心分离,磁性固体碱利用磁铁回收,预酯化的小桐子油可不经其它处理直接用于第二步酯交换反应。与传统的液体催化剂相比,本文中采用的固体酸、碱催化工艺具有反应条件温和、操作简单、产物易回收、催化剂可重复使用等优点。

【关键词】：
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE667
【目录】：

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1 刘杰;李黔柱;尹航;杨松;宋宝安;;麻疯树植物资源的研究与开发利用进展[J];贵州大学学报(自然科学版);2007年01期

2 余鹰;周文富;;生物质竹屑活性炭磺酸官能化固体酸催化剂的制备[J];化学与生物工程;2010年02期

3 徐德良;孙军;陈小娟;刘翔;;工业锅炉生物质燃烧应用现状[J];林产工业;2009年06期

4 江文辉;文鹤林;;磺化碳固体酸催化麻疯油与甲醇的酯交换反应[J];林产化学与工业;2009年04期

5 刘晔;杨浩;佘珠花;刘大川;;用于麻疯树籽油醇解的CaO/MgO固体碱催化剂的制备[J];粮油加工;2006年12期

6 张秋云;杨松;李虎;;制备生物柴油的固体酸催化剂研究进展[J];化工进展;2013年03期

7 郭萍梅;黄凤洪;;磁性催化剂Na_2O·SiO_2/Fe_3O_4的制备及其催化酯交换反应[J];中国油料作物学报;2011年01期

8 佘珠花,刘大川,潭蓓玉;麻疯树籽油甲酯化工艺的研究[J];中国油脂;2005年09期

9 杨浩;刘晔;佘珠花;刘大川;刘金波;叶平;张安清;;麻疯树籽油超声波辅助酯交换反应的研究[J];中国油脂;2006年11期

10 赵军英;郑畅;郭萍梅;黄凤洪;黄庆德;刘昌盛;杨楣;;生物柴油磁性碱催化剂的制备及表征[J];中国油脂;2010年05期

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1 杜丽娟;生物质催化裂解制可燃气的研究[D];武汉工业学院;2008年

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1 袁瑞玲;郎南军;陈芳;吴涛;孔继君;;麻疯树组培快繁技术研究进展[J];安徽农业科学;2008年29期

2 陆圣梅;夏萍;冯宾;刘伟伟;;超声波辅助黄连木籽油制备生物柴油[J];安徽农业大学学报;2010年03期

3 何璐;虞泓;范源洪;沙毓沧;袁理春;;麻疯树(Jatropha curcas L.)植物学研究进展[J];长江流域资源与环境;2010年S1期

4 王兆玉;林敬明;徐增富;;对药用及能源植物Jatropha curcas L.的中文名称的建议[J];南方医科大学学报;2007年12期

5 王兆玉;杜延琪;岑岳柱;陈极锋;全子敏;;小油桐叶甲醇提取物对福寿螺的药效试验[J];南方医科大学学报;2009年06期

6 吴开金;万泉;林冠烽;肖祥希;林阿平;;不同地区麻疯树籽油的理化性质及脂肪酸组成[J];福建林学院学报;2008年04期

7 许玉兰;蔡年辉;胥辉;;生物能源树种麻疯树的研究进展及育种探讨[J];福建林业科技;2007年03期

8 黄剑坚;韩维栋;;我国主要木本能源植物的研究现状及利用前景[J];广东林业科技;2006年04期

9 马惠芬;和丽萍;郎南军;郑科;彭明俊;向振勇;孔继君;袁瑞玲;;云南元阳县麻疯树不同部位挥发性化学成分的研究[J];广东农业科学;2011年06期

10 秦岩;;蔗渣作为火力电厂传统替代燃料的成本分析[J];改革与战略;2010年12期

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1 李琴;酶法制备生物柴油新工艺及其高值化技术探索[D];华中科技大学;2010年

2 刘轩;中国木本油料能源树种资源开发潜力与产业发展研究[D];北京林业大学;2011年

3 刘向东;流化式自供热型制生物燃油关键装置设计理论研究[D];东北林业大学;2011年

4 闵江;雷公藤有效成分的提取分离和麻疯树籽的开发利用研究[D];天津大学;2011年

5 李法社;小桐子生物柴油的超临界两步法制备及其抗氧化耐低温性的研究[D];昆明理工大学;2011年

6 栗宏林;中国小桐子不同地理种源差异比较与种源亲缘关系研究[D];北京林业大学;2008年

7 刘学军;多相催化制备生物柴油的催化剂及反应过程研究[D];清华大学;2008年

8 范正琪;麻疯树pepc1基因的克隆及其调控烟草蛋白质和油脂合成的作用分析[D];中国林业科学研究院;2010年

9 张丽芬;果胶多糖超声波定向降解途径及机理研究[D];浙江大学;2013年

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2 丁宇琦;固体碱催化剂的制备、表征及其在生物柴油制备中的应用[D];浙江大学;2011年

3 忻艳;我国木本油料能源资源政策研究[D];北京林业大学;2011年

4 李七军;BGH型生物质燃气燃烧机设计及冷态实验研究[D];东北林业大学;2011年

5 蔡慕颖;麻疯树油基可生物降解润滑油基础油的制备及性能研究[D];华南理工大学;2011年

6 张静;瑶族生活燃料历史变迁初探[D];广西民族大学;2011年

7 王章霞;固体碱催化剂催化植物油酯交换反应制备生物柴油[D];安徽理工大学;2010年

8 黄苗;由生物质木粉制备高比表面积炭基固体酸催化剂的研究[D];西北农林科技大学;2011年

9 董优雅;油菜籽粕生物质热解过程及产物特性研究[D];北京化工大学;2011年

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1 宋鸿伟,郭民臣,王欣;生物质燃烧过程中的积灰结渣特性[J];节能与环保;2003年09期

2 袁兴东,沈健,李国辉,周敬来,Ji-Man Kim,Sang-Eon Park;表面含磺酸基的介孔分子筛SBA-15-SO_3H的直接合成[J];催化学报;2003年02期

3 朱华平;吴宗斌;陈元雄;张萍;段世杰;刘晓华;毛宗强;;固体超强碱氧化钙催化制备生物柴油及其精制工艺[J];催化学报;2006年05期

4 朱江涛;黄正宏;康飞宇;傅金和;岳永德;;竹炭的性能和应用研究进展[J];材料导报;2006年04期

5 王泽强;;热能中心炉排冷却方式比较及应用现状[J];中国人造板;2006年05期

6 刘建禹,翟国勋,陈荣耀;生物质燃料直接燃烧过程特性的分析[J];东北农业大学学报;2001年03期

7 黄艳芹;;分子筛负载杂多酸催化大豆油制备生物柴油[J];大豆科学;2011年03期

8 程敬泉,姚素薇;超声波在电化学中的应用[J];电镀与精饰;2005年01期

9 杨莹琴,马稳,马万山;多孔质天然沸石颗粒吸附剂对铜离子的吸附及再生[J];非金属矿;2004年02期

10 苑丽;张晓丽;高文艺;任立国;;固体酸催化大豆油与乙醇酯交换制备生物柴油[J];辽宁石油化工大学学报;2008年02期

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1 张静;超声波辅助化学还原制备新型非晶态合金催化剂及应用于乙腈选择性加氢反应[D];上海师范大学;2005年

2 王艺娟;新型固体酸制备与应用中的红外光谱表征[D];湖南师范大学;2007年

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1 ;生物柴油[J];广西轻工业;2000年04期

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3 ;21世纪的清洁能源──生物柴油[J];北京工商大学学报(自然科学版);2001年04期

4 ;生物柴油[J];技术与市场;2001年08期

5 谭天伟,王芳,邓立,徐家立,王丽娟;生物柴油的生产和应用[J];现代化工;2002年02期

6 冀星 ,郗小林 ,刘洪;海南正和生物能源公司开发的生物柴油通过专家鉴定[J];中国工程科学;2002年12期

7 朱曾惠;重新活跃起来的生物柴油[J];化工新型材料;2002年08期

8 ;保加利亚开始使用“生物柴油”[J];交通环保;2002年02期

9 柏杰;发展生物柴油大有可为[J];中国科技产业;2002年09期

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5 王永红;刘泉山;周旭光;徐小红;;生物柴油基本性能研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年

6 张治林;;生物柴油的生产及应用[A];中国石油和石化工程研究会第八届年会文集[C];2004年

7 苏有勇;戈振扬;张无敌;施卫省;;生物柴油的研究生产现状和发展前景[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第四分册[C];2005年

8 曹文明;;生物柴油国内外研究应用综述[A];上海市粮油学会2005年学术年会论文汇编[C];2005年

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1 张小明;[N];中国工业报;2004年

2 邱美辉;[N];中国化工报;2002年

3 孙俊波;[N];中国化工报;2003年

4 姚鹤;[N];中国化工报;2003年

5 郝颖;[N];中国化工报;2004年

6 郭新文;[N];中国环境报;2004年

7 本报记者 刘晓星;[N];中国环境报;2005年

8 薛冬;[N];中国汽车报;2003年

9 葛蕴珊;[N];中国汽车报;2003年

10 韩德奇 徐国英 徐公林 刘惠丽;[N];中国石化报;2002年

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1 张龙云;丁醇萃取发酵耦联生产“改良型”生物柴油过程的性能优化研究[D];江南大学;2008年

2 刘津;生物柴油在直喷式柴油机上的燃烧和排放特性研究[D];长安大学;2008年

3 张琦;生物柴油添加比例对轻型柴油机性能及排放影响的研究[D];吉林大学;2009年

4 徐元浩;生物柴油的实用性研究[D];武汉理工大学;2005年

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6 蔡樱英;生物柴油的制备及其台架验证实验研究[D];昆明理工大学;2009年

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8 陈贵升;高原环境下车用柴油机燃用生物柴油的试验研究[D];昆明理工大学;2009年

9 肖行川;应用生物柴油修复原油污染海滩的模拟研究[D];青岛理工大学;2010年

10 刘淑娟;乳化生物柴油的研制及其性能研究[D];昆明理工大学;2011年

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