功能化季銨鹽離子液體催化地溝油一步法制備生物柴油的研究.pdf

1、能源在人類(lèi)的生產(chǎn)、生活中扮演了重要的角色,是關(guān)系到一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的重要戰(zhàn)略物資。在傳統(tǒng)能源即將消耗殆盡的今天,開(kāi)發(fā)一種可再生的清潔能源——生物柴油愈來(lái)愈受到全社會(huì)的關(guān)注。然而生物柴油的生產(chǎn)成本80％左右來(lái)源于原料油,因此價(jià)格相對(duì)低廉的地溝油成為生產(chǎn)生物柴油的理想原料。目前中國(guó)市場(chǎng)上的廢棄地溝油油源相當(dāng)充分,并且價(jià)格也便宜,用于制備生物柴油更加有益于環(huán)保。
　　動(dòng)植物油脂和短鏈醇為原料被催化制得的長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯類(lèi)物質(zhì),稱(chēng)

2、為生物柴油。目前,生物柴油的主要制備方法是酯交換法,如果考慮到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的話(huà),就迫切需要一條更高效率的、相對(duì)安全的和對(duì)環(huán)境友好的生物柴油生產(chǎn)路線(xiàn)。作為優(yōu)良綠色催化劑和溶劑的代表——離子液體,已經(jīng)在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出了良好的效果,近年來(lái)受到了工業(yè)界的大力關(guān)注。目前酸性較強(qiáng)的酸型離子液體就是磺酸基功能化的離子液體,酯化酯交換法合成生物柴油表現(xiàn)出了很好的催化效果,能解決環(huán)境污染,生產(chǎn)設(shè)備腐蝕,成本高等問(wèn)題,具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。
　　

3、本文以磺酸基功能化季銨鹽離子液體為催化劑,一步法催化酸值較高的地溝油制備生物柴油,主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)用三乙胺、丙烷磺內(nèi)酯和對(duì)甲苯磺酸三種物質(zhì)經(jīng)過(guò)兩步法,合成了三乙基磺丙基對(duì)甲苯磺酸銨[(CH3CH2)3N(CH2)3SO3H][C7H7O3S]離子液體,并用紅外譜圖和核磁共振譜圖對(duì)該離子液體進(jìn)行光譜表征,經(jīng)過(guò)解析譜圖,結(jié)果表明所合成的離子液體符合其理論結(jié)構(gòu)特點(diǎn),同時(shí)也表明該合成方法可行。
　　(2)對(duì)所合成的三乙

4、基磺丙基對(duì)甲苯磺酸銨離子液體進(jìn)行 TGA分析,表明所合成的離子液體熱穩(wěn)定性良好,分解溫度在280℃以上,可以用于催化地溝油一步法制備生物柴油。
　　(3)對(duì)地溝油經(jīng)除雜、脫色和脫水等簡(jiǎn)單的預(yù)處理,將預(yù)處理的地溝油甲酯化后,通過(guò)GC-MS檢測(cè)其脂肪酸甲酯的種類(lèi)和含量。結(jié)果表明:油酸甲酯含量為37.25%、亞油酸甲酯含量為24.41%、棕櫚酸甲酯含量為32.08%,這三種甲酯都是生物柴油的成分,總量達(dá)93.74%。同時(shí)對(duì)未經(jīng)處理的地溝

5、油的其他理化性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定,得出:酸值為120.37 mg KOH/g,皂化值為251.94 mg KOH/g,碘值為76.75 gI/100g,過(guò)氧化值為3.023,并計(jì)算得到地溝油平均相對(duì)分子量為499.25。地溝油酸值比較高,且過(guò)氧化值較高,容易酸敗,屬于無(wú)法食用的油脂,適合作為制備生物柴油的原料;皂化值比較大說(shuō)明地溝油含有較多的脂肪酸,進(jìn)一步說(shuō)明地溝油適合作為制備生物柴油的原料。
　　(4)常壓條件下以三乙基磺丙基對(duì)甲苯磺

6、酸銨離子液體催化未經(jīng)任何處理地溝油制備生物柴油,用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析,考察反應(yīng)時(shí)間、離子液體用量和醇油比等因素對(duì)生物柴油產(chǎn)率的影響規(guī)律,結(jié)果表明:三乙基磺丙基對(duì)甲苯磺酸銨離子液體在常壓(反應(yīng)溫度70℃)下能同時(shí)催化地溝油中的甘油三酯和游離脂肪酸分別發(fā)生酯交換和酯化反應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)一步法制備生物柴油,在溫度70℃、n(Oil):n(MeOH):n(IL)=1:8:0.063、反應(yīng)時(shí)間20 h的最佳反應(yīng)條件下,生物柴油的產(chǎn)率可達(dá)到93.8

7、0%。與文獻(xiàn)中其它原料的研究結(jié)果相比,以高酸值地溝油為原料時(shí),反應(yīng)所需的時(shí)間更短、所需的離子液體用量和醇油比更小,說(shuō)明本文的離子液體催化酯化反應(yīng)的效果比酯交換反應(yīng)更好。
　　(5)在1 L的高壓反應(yīng)釜中以三乙基磺丙基對(duì)甲苯磺酸銨離子液體催化未經(jīng)任何處理的地溝油一步法制備生物柴油,結(jié)果表明:在高壓反應(yīng)釜中提高反應(yīng)溫度,因反應(yīng)速率加快而可使反應(yīng)時(shí)間大大縮短,在反應(yīng)溫度為120℃, n(Oil):n(MeOH):n(IL)=1:10:0

8、.063時(shí),反應(yīng)只需1 h,生物柴油的產(chǎn)率就可達(dá)到95.32%。離子液體經(jīng)回收后重復(fù)使用6次,生物柴油的產(chǎn)率無(wú)明顯降低。按1 L高壓反應(yīng)釜實(shí)驗(yàn)中得到的最佳工藝條件,在10 L的反應(yīng)釜中進(jìn)一步做放大實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:生物柴油的產(chǎn)率下降了10%左右,且三次得到的生物柴油產(chǎn)率相差較大,這可能是反應(yīng)不夠長(zhǎng)和醇油比不夠大的緣故,具體原因及工藝改進(jìn)有待進(jìn)一步研究。
　　(6)測(cè)定了8項(xiàng)生物柴油的質(zhì)量指標(biāo),結(jié)果表明:密度、閉口閃點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、硫含量