固體堿催化烏桕梓油制備生物柴油研究.pdf

1、生物柴油是一種環(huán)境友好型可再生能源，優(yōu)質(zhì)的石化柴油替代品。它具有可再生、可生物降解、無(wú)毒、不含硫和芳香烴、燃燒排放物中致癌物和粉塵較少等優(yōu)點(diǎn)，已成為全球可再生能源領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。生物柴油能否產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是原料成本及供應(yīng)，原料成本占生物柴油生產(chǎn)總成本的60～75％，所以植物油尤其是非食用油倍受關(guān)注。
　　烏桕(Sapium sebiferum(L.) Roxb.)，又名蠟子樹(shù)，大戟科烏桕屬，其種子含油量高，出油率可達(dá)40％，為我國(guó)四

2、大木本油料作物之一。烏桕梓油為非食用油，利用烏桕梓油制備生物柴油可以擴(kuò)大生物柴油原料來(lái)源。
　　本論文采用化學(xué)(溶劑浸出)方法對(duì)烏桕籽進(jìn)行油脂脫蠟，得到純凈的梓油，并對(duì)梓油理化指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定。采用二氧化鋯、氧化鈣、中孔載體和氧化鋅等為載體，各種堿金屬和堿土金屬鹽為活性組分，制備出31種負(fù)載型固體堿催化劑。對(duì)制備出的31種固體堿催化劑進(jìn)行活性篩選，其催化效果由生物柴油脂肪酸甲酯含量來(lái)衡量。通過(guò)初步篩選，認(rèn)定催化效果較好的固體堿催化劑

3、為海泡石(熱液型)。通過(guò) X-射線光譜元素分析法、熱重分析法、紅外光譜法和X-射線粉末衍射法等表征手段對(duì)該催化劑進(jìn)行表征分析和機(jī)理研究，確定該催化劑產(chǎn)生活性位的分解溫度、產(chǎn)生催化劑表面活性位點(diǎn)基團(tuán)及催化效果間的關(guān)系。將該催化劑應(yīng)用于烏桕梓油生物柴油的制備，并對(duì)其性能及成分進(jìn)行測(cè)定和分析。利用統(tǒng)計(jì)軟件(響應(yīng)曲面)對(duì)生物柴油制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，以求獲得最佳的生物柴油制備條件，降低生物柴油的制備成本。
　　1.對(duì)烏桕梓油理化指標(biāo)(酸價(jià)、碘

4、價(jià)、皂化值)進(jìn)行了測(cè)定，并采用GC/MS對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行了檢測(cè)分析，結(jié)果表明烏桕梓油主要含有六種脂肪酸，分別為：2,4-癸二烯酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯。
　　2.利用X-射線光譜元素分析法、熱重分析法、紅外光譜法和X-射線粉末衍射法對(duì)海泡石(熱液型)進(jìn)行表征分析和機(jī)理研究，確定催化劑產(chǎn)生活性位的分解溫度、產(chǎn)生催化劑表面活性位點(diǎn)基團(tuán)及催化效果間的關(guān)系。通過(guò)表征手段推斷出催化劑活性位產(chǎn)生的原因

5、可能是：甲醇吸附于CaO表面上而形成親核基團(tuán)(CH3O-)，而后攻擊酯鍵上的碳原子：
　　O Ca
　　O Ca
　　H O
　　CH3O H
　　H3C
　　另外，CaO吸附原料、空氣中的水而形成的OH-也是反應(yīng)途徑之一：
　　Ca O
　　O
　　H
　　H
　　Ca O
　　OH H+
　　CH3OH+ Ca O
　　OH H+
　　CH3O

6、-+ Ca O
　　H+
　　+ H2O
　　3.選取反應(yīng)時(shí)間(X1)、油浴溫度(X2)、催化劑用量(X3)和醇油摩爾比(X4)4個(gè)因素進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)，運(yùn)用響應(yīng)面法對(duì)固體堿催化烏桕梓油制備生物柴油的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。利用統(tǒng)計(jì)軟件 Design-Expert優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得到二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型為：
　　Y=97.47-0.78X1+0.62X2-0.35X3-1.03X4-0.94X12-6.05X22-1.68X3

7、2-0.86X42+
　　0.035X1X2+0.0025X1X3-0.45X1X4-1.39X2X3+0.75X2X4-0.34X3X4
　　最優(yōu)工藝條件：反應(yīng)時(shí)間(165.04 min)、油浴溫度(65.26℃)、催化劑用量(9.87％(w/w))和醇油摩爾比15.53:1。在此條件下，理論的脂肪酸甲酯含量為97.86％。通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出脂肪酸實(shí)際含量為97.86±0.34％。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)值與模型值對(duì)比，平均誤差為±0.34