固體堿催化劑的制備、表征及其在餐飲廢油制備生物柴油中的應(yīng)用.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭及其在使用過程中所帶來的嚴(yán)重環(huán)境污染問題,開發(fā)與利用環(huán)境友好的可再生能源已迫在眉睫。生物柴油具有可再生、環(huán)保性好、安全性高、使用性能佳以及兼容性高的突出優(yōu)點,被公認(rèn)為是礦物柴油的理想替代品。我國每年都會產(chǎn)生大量的餐飲廢油,既污染環(huán)境,又危害人們的健康。若能將這些餐飲廢油轉(zhuǎn)化為生物柴油,不僅能夠有效消除餐飲廢油的危害,而且可以為制備生物柴油提供充足的原料,具有很高的應(yīng)用價值。因此,本論文選取購買的餐飲廢油為初始原料來

2、制備生物柴油。首先對餐飲廢油進(jìn)行純化處理,使其達(dá)到制備生物柴油的原料要求。然后通過所合成的鋅鑭固體堿和 Ca/SBA-15固體堿催化酯交換反應(yīng)將純化后的餐飲廢油轉(zhuǎn)化為生物柴油,優(yōu)化了固體堿催化劑的制備條件和酯交換法制備生物柴油的反應(yīng)條件,表征了最佳催化劑的相關(guān)理化性質(zhì),考察了最佳催化劑的重復(fù)使用性能,并對制得的生物柴油進(jìn)行了成分分析和產(chǎn)率計算。本論文的主要研究成果如下:
　　(1)采用共沉淀法,以草酸銨為沉淀劑,制備了鋅鑭固體堿催

3、化劑,將其應(yīng)用于催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油。通過熱重-差熱分析(TG-DTA)、X射線衍射(XRD)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等方法對催化劑的組成和形貌進(jìn)行表征。結(jié)果表明,700℃焙燒制備的Zn/La摩爾比為3:1的固體堿催化劑具有最佳的催化活性。最佳催化劑是由 ZnO和 La2O3均勻混合組成,粒徑在100 nm左右。在醇油摩爾比為36:1、催化劑用量5 wt.％(為油的質(zhì)量)、200

4、℃反應(yīng)3 h的最佳反應(yīng)條件下,生物柴油產(chǎn)率能夠達(dá)到91.6 wt.%。最佳催化劑在使用過程中存在一定程度的流失問題,但連續(xù)使用4次后,生物柴油的產(chǎn)率仍能保持在80 wt.%以上。
　　(2)采用溶膠凝膠法,以正硅酸四乙酯為硅源、乙酸鈣為鈣源、P123為模板劑,經(jīng)一步焙燒制備了 Ca/SBA-15固體堿催化劑,將其應(yīng)用于催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油。通過 X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜、透射電子顯微鏡(TEM)

5、以及 N2吸附-脫附分析等方法對催化劑的組成和形貌進(jìn)行表征。結(jié)果表明,在700℃焙燒制備的 Ca/Si摩爾比為0.2的固體堿催化劑具有最佳的催化活性。最佳催化劑能夠很好地保持 SBA-15材料原有的二維六方相有序介孔結(jié)構(gòu),比表面積達(dá)到406.7 m2?g-1。在醇油摩爾比12:1,催化劑用量5 wt.%,氮氣氣氛中65℃反應(yīng)7 h的最佳反應(yīng)條件下,生物柴油產(chǎn)率可以達(dá)到94.7 wt.%。最佳催化劑經(jīng)洗滌和干燥后無需活化即可繼續(xù)用于下一次

6、的反應(yīng),連續(xù)使用5次后,催化劑的活性有所下降,但制得的生物柴油產(chǎn)率仍能保持在86 wt.%以上。
　　(3)通過氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)對兩種最佳固體堿催化劑催化制得的生物柴油進(jìn)行了成分分析。結(jié)果表明:最佳鋅鑭固體堿催化劑和最佳 Ca/SBA-15固體堿催化劑制得的生物柴油成分相似,兩種生物柴油中不飽和脂肪酸甲酯的相對含量分別為74.0 wt.%和70.5 wt.%,均主要含有9種主要的脂肪酸甲酯,含量由高到低分別為油酸甲酯、