基本信息
- 項目名稱：
- NaF/Al2O3催化餐飲廢油制備生物柴油的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 生物柴油是以動、植物油脂為原料，與甲醇等低級醇發(fā)生酯交換反應而制得的產(chǎn)物，是一種環(huán)境友好的可再生能源。本文綜述了國內(nèi)外生物柴油的研究狀況及制備方法，并實驗探討NaF/Al2O3催化餐飲廢油與甲醇的酯化反應，利用正交實驗、單因素實驗討論醇油比、催化劑用量、反應溫度、反應時間等因素對生物柴油產(chǎn)率的影響。實驗結果表明制備生物柴油的最佳工藝條件為：醇/油摩爾比為9:1、催化劑用量2%（質(zhì)量分數(shù)）、反應溫度62℃、反應時間90 分鐘。在最佳工藝條件下產(chǎn)率可達90%以上。
- 詳細介紹：
- 生物柴油是指由植物油、動物油酯與甲醇等低級醇經(jīng)酯交換產(chǎn)生的脂肪酸甲酯，其主要成分是硬脂酸甲酯、軟脂酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯,是一種環(huán)境友好的可再生能源。現(xiàn)行的生物柴油制備方法有：直接混合法，微乳液法，高溫裂解法，酯交換反應法等。在柴油的制備方法中，酯交換法是研究最多的，按催化劑的不同，可分為酸催化酯交換法、堿催化酯交換法、酶催化酯交換法等。其中固體堿催化劑用于制備生物柴油有皂化程度小、產(chǎn)品不需要水洗,過程不產(chǎn)生廢酸、堿液，環(huán)境污染小等優(yōu)點。 實驗旨在通過制備高比表面、高催化活性的負載型固體納米堿NaF/Al2O3，并通過對NaF/Al2O3催化餐飲廢油與甲醇進行酯交換反應的研究，考察催化劑用量、醇油比、反應溫度、反應時間等對生物柴油產(chǎn)率的影響，找到制備生物柴油的最佳工藝條件。 實驗首先將一定量的Al2O3粉末干燥備用。按一定量的NaF質(zhì)量分數(shù)Al2O3混合。加入適量的蒸餾水，充分攪拌混勻，干燥。固體樣品經(jīng)過一定的程序升溫焙燒，得到一定量的固體粉末催化劑。 然后將餐飲廢油和一定量的甲醇加入三口燒瓶，在不斷攪拌下加入一定量的NaF/Al2O3催化劑，加熱并恒溫至所設溫度，回流一定時間，停止反應，離心分離出催化劑，再常壓蒸餾出過量的甲醇，將殘留物靜置分層得到粗生物柴油。 為了探求酯交換反應的最佳反應條件，實驗采用正交實驗和單因素實驗方法，對餐飲廢油酯交換反應的條件進行優(yōu)化。從正交實驗結果可以得出：在所選的影響因素各水平下，酯交換反應都能夠很好地進行,靜置后混合液都有明顯的分層。本實驗的甲酯得率在84.76%~93.88%之間,說明酯交換在適合的反應條件下反應基本完全,餐飲廢油中的主要成分甘油三酸酯經(jīng)酯交換反應基本上完全轉化為脂肪酸甲酯。餐飲廢油甲酯化反應的影響因素由大到小依次為:催化劑用量、醇油摩爾比、反應溫度、反應時間。單因素實驗結果表明：醇油摩爾比為9:1、催化劑用量2%（質(zhì)量分數(shù)）、反應溫度62℃、反應時間90分鐘為反應最佳條件，在此反應條件下轉化率可達93.88%。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 通過對NaF/Al2O3催化餐飲廢油與甲醇酯交換反應的研究，考察催化劑用量、醇油比、反應溫度、反應時間等因素對生物柴油產(chǎn)率的影響，找到制備生物柴油的最佳工藝條件。
科學性、先進性及獨特之處
- 固體堿催化劑用于制備生物柴油的優(yōu)點是皂化程度小、產(chǎn)品基本不需要水洗,不產(chǎn)生廢酸、堿液，環(huán)境污染小；但普遍存在的問題是催化效率低、反應速率慢。本課題NaF/Al2O3為催化劑制備生物柴油,該催化劑具有高比表面、高催化活性,因此用量較少,催化效率高,沒有環(huán)境污染。國內(nèi)文獻中末見其相關報道。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 一是能源安全的戰(zhàn)略意義，生物柴油可以減少對石油的依靠；二是環(huán)保意義，與普通柴油相比，生物柴油不含硫、芳香族化合物，因而燃燒時有毒物質(zhì)的排放大大降低；三是餐飲廢油可得到很好的處理和利用，避免重新流入餐館。
學術論文摘要
- 生物柴油是以動、植物油脂為原料，與甲醇等低級醇發(fā)生酯交換反應而制得的產(chǎn)物，是一種環(huán)境友好的可再生能源。本文綜述了國內(nèi)外生物柴油的研究狀況及制備方法，并實驗探討NaF/Al2O3催化餐飲廢油與甲醇的酯化反應，利用正交實驗、單因素實驗討論醇油比、催化劑用量、反應溫度、反應時間等因素對生物柴油產(chǎn)率的影響。實驗結果表明制備生物柴油的最佳工藝條件為：醇/油摩爾比為9:1、催化劑用量2%（質(zhì)量分數(shù)）、反應溫度62℃、反應時間90 分鐘。在最佳工藝條件下產(chǎn)率可達90%以上。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 本項研究成功地開發(fā)出轉化過程的新型催化劑NaF/Al2O3和轉化過程的最佳工藝條件。該催化劑有高比表面、高催化活性等特點，催化反應過程中用量少，催化效率高，無污染，領先國內(nèi)，有較強的應用性和市場前景。
參考文獻
- 參考文獻: [1] 閔恩澤,唐忠等.發(fā)展我國生物柴油產(chǎn)業(yè)的探討[J].中國工程科學,2005,7(4):124 [2]蘇暢,趙崇峰等.生物柴油技術的進展[J].當代化工,2004,33(2):79-81 [3]宋玉春.中國生物柴油亟待產(chǎn)業(yè)化[J].化工文摘,2004,(3):17-19 [4]Kusdiana,D.Kinetics of transesterification in rapeseed oil to biodiesel fuel as treated in supercritical methanol [J].Fuel,2001,5, 693-698
同類課題研究水平概述
- 生物柴油的制備可分為酸催化法、堿催化法、生物催化法、超臨界法等。 (1)酸催化法 酸催化法分又分為液體酸催化法與固體酸催化法。較常用的催化劑有濃硫酸、磷酸等,酸催化酯交換適用于脂肪酸和水含量高的油脂制備生物柴油,產(chǎn)率較高,但反應速率慢,酸耗大,分離難,且設備易腐蝕,易產(chǎn)生三廢。而固體酸大致分為固體超強酸、分子篩和雜多酸,用固體酸作催化劑,副反應少,易于反應分離,操作條件易于控制,無污染;但同時也有反應存在傳質(zhì)問題、反應速率比液體酸更慢、催化劑容易失活等不足。 (2)堿催化法 堿催化法也可分為液體堿催化法與固體堿催化法。液體堿催化法在國外已被廣泛應用,該法可在低溫下獲得較高產(chǎn)率,反應速率快,但它對原料中游離脂肪酸和水的含量卻有較高要求。因在反應過程中,游離脂肪酸會與堿發(fā)生皂化反應產(chǎn)生乳化現(xiàn)象,而所含水分則能引起酯水解,進而發(fā)生皂化反應,同時它也能減弱催化劑活性。另一方面，為了消除液體堿催化法存在廢液多、副反應多和乳化現(xiàn)象嚴重等問題,固體堿催化劑研究與應用不斷深入，該類催化劑主要包括金屬鹽類、金屬氧化物及其負載型催化劑、強堿陰離子交換樹脂、水滑石類陰離子型層狀材料催化劑和沸石催化劑等。 (3)生物催化法 酶催化制備生物柴油具有條件溫和、醇用量小、產(chǎn)品易于收集、無污染排放等優(yōu)點。用于催化合成生物柴油脂肪酶主要是酵母脂肪酶、根霉脂肪酶等。用脂肪酶為催化劑制備生物柴油只需加入理論量甲醇就可使反應順利進行。但當反應體系中甲醇達到一定量時,脂肪酶就會失去活性,且反應產(chǎn)生甘油也很容易堵塞固定脂肪酶孔徑,嚴重影響酶的反應活性。同時,由于酶價格高,反應時間太長,反應產(chǎn)率低,因此酶催化劑應用受到限制,尚不具備工業(yè)化條件。 (4)超臨界法 超臨界法是在甲醇處于超臨界狀態(tài)下進行的。該條件下,在很短時間內(nèi)就可獲得極高轉化率,且該法可使生物柴油后處理過程大為簡化。超臨界酯交換過程中,酯交換反應速率快,產(chǎn)品的分離提純簡單和產(chǎn)率高,且該方法對油脂中的游離脂肪酸和水的含量無任何要求。該方法需要在高溫高壓下進行,導致很高的生產(chǎn)費用和能源消耗,目前還很難工業(yè)化。 綜上所述，生物柴油的研究發(fā)展趨勢是: ①油脂甲酯化轉化技術由間歇式生產(chǎn)轉向常壓連續(xù)化生產(chǎn); ②尋找高效率的固體催化劑用于轉化油脂; ③開發(fā)固體堿催化酯交換工藝、酶催化酯交換工藝等新工藝,最大限度的優(yōu)化工藝過程,降低生產(chǎn)成本。
