磷鎢酸催化酯化和酯交換反應(yīng)制備生物柴油.pdf

1、隨著石油價(jià)格不斷攀升、礦物質(zhì)能源日益短缺以及礦物質(zhì)能源使用給環(huán)境帶來(lái)的諸多危害，環(huán)境友好的清潔可再生綠色能源一生物柴油引起世界各國(guó)廣泛關(guān)注。然而，生物柴油生產(chǎn)中的瓶頸仍是原料成本和催化劑，開發(fā)廢食用油等高酸值廉價(jià)原料的綠色、高效催化工藝已成為該領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)。本課題以雜多酸類磷鎢酸為固體酸催化劑，開展了間歇催化酯化油酸和催化酯交換大豆油制備生物柴油的實(shí)驗(yàn)，旨在推廣該催化劑在用高酸值廉價(jià)原料進(jìn)行生產(chǎn)方面的應(yīng)用和為改進(jìn)生物柴油生產(chǎn)工藝提供理

2、論依據(jù)。
　　 采用磷鎢酸為催化劑，通過(guò)油酸與甲醇的酯化反應(yīng)，考察各影響因素，獲得合適工藝條件為：醇/油摩爾比12:1，催化劑用量3wt％，反應(yīng)溫度68℃，反應(yīng)時(shí)間6h。該條件下，油酸轉(zhuǎn)化率可達(dá)91.1%。
　　 同時(shí)，基于該酸催化長(zhǎng)鏈脂肪酸-油酸與甲醇的模型反應(yīng)，采用插值、差分和線性回歸方法模擬其宏觀動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)：該反應(yīng)是準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)(n=2.23)，表觀活化能為48.79 kJ/mol，指前因子為

3、4.46×105 min-1。
　　 進(jìn)一步研究了磷鎢酸催化大豆油制備生物柴油的酯交換反應(yīng)，考察活化溫度、共溶劑/甲醇摩爾比、醇/油摩爾比、催化劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的酯交換工藝，反應(yīng)最佳實(shí)驗(yàn)條件為：120℃下預(yù)處理催化劑3h，共溶劑/甲醇的摩爾比為0.2，醇/油摩爾比70:1，催化劑占大豆油質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5wt%，反應(yīng)溫度65℃，反應(yīng)時(shí)間16h條件下，轉(zhuǎn)化率能達(dá)到85.5%。
　　 針對(duì)磷鎢酸用于催化酯交換反應(yīng)時(shí)活化

4、溫度對(duì)催化性能的影響，結(jié)合熱分析(TG-DSC)、紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)等分析手段探討了不同溫度處理后磷鎢酸的結(jié)構(gòu)與催化性能的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：未處理的磷鎢酸含有沸石水、結(jié)合水、結(jié)構(gòu)水三種形式的水分子，經(jīng)120℃與300℃活化的催化劑一級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化，隨著處理溫度升高其二級(jí)結(jié)構(gòu)晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變甚至降解，酸強(qiáng)度與催化效果的變化一致。反應(yīng)中選擇120℃為活化溫度是合理的。
　　 總之，磷鎢酸在生物柴油制備中具有良好的