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基本信息

項(xiàng)目名稱：
固體堿催化制備生物柴油的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本課題組在不同條件下制備出了一系列固體堿催化劑(如K2CO3/柱層析硅膠、納米K2CO3/CaO等)，并用于催化菜籽油、大豆油、山蒼子核仁油等油脂與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)來(lái)制備生物柴油，系統(tǒng)地考察了各種因素對(duì)生物柴油產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明，在最佳工藝條件下，生物柴油產(chǎn)率最多可達(dá)99.1%。
詳細(xì)介紹：
作品研究了以廉價(jià)易得的柱層析硅膠、高嶺土、人造沸石等為載體，經(jīng)不同的堿溶液處理得到一系列固體堿催化劑，并用于酯交換反應(yīng)來(lái)制取生物柴油，收到了較好的效果。通過(guò)對(duì)制備得到的不同固體堿催化劑進(jìn)行了X射線粉末衍射(XRD)、紅外光譜分析(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)及綜合熱分析(TG-DSC)等技術(shù)的表征，初步探討了催化劑的催化機(jī)理。 為了探索不同的固體堿催化菜籽油、大豆油等油脂制備生物柴油的最佳工藝，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)或正交實(shí)驗(yàn)，考察了影響制備生物柴油的各種因素，確定了最佳工藝條件。

作品圖片

  • 固體堿催化制備生物柴油的研究
  • 固體堿催化制備生物柴油的研究

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗量不斷增加，全球面臨著嚴(yán)峻的能源危機(jī)。此外，隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到使用石化能源造成的環(huán)境污染。生物柴油作為一種新的、環(huán)保的能源來(lái)替代石化能源必具有巨大的潛力和廣闊的市場(chǎng)前景。 本作品研究了一系列高效固體堿催化劑，并用于催化菜籽油、大豆油等油脂與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備生物柴油，系統(tǒng)地考察了各因素對(duì)生物柴油酯交換反應(yīng)的影響，優(yōu)化了催化工藝。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

傳統(tǒng)生物柴油的生產(chǎn)大多使用均相催化酯交換法，催化劑為液體(如濃硫酸、磷酸、氫氧化鈉等),此法存在精制工序多、成本高、催化劑分離與重復(fù)使用困難，產(chǎn)生大量廢水等眾多缺點(diǎn)。本作品創(chuàng)新之處在于采用了新型綠色固體堿替代均相催化劑，而使用固體堿作催化劑具有反應(yīng)條件溫和，催化效率高、成本較低，催化劑易回收、再生，產(chǎn)品容易分離，工藝流程簡(jiǎn)單且環(huán)保，便于生物柴油連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

近年來(lái)能源消耗量在不斷增加，而石油儲(chǔ)量正在逐漸減少，價(jià)格不斷上漲，全球都面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)。在此形勢(shì)下，開(kāi)發(fā)新的、綠色的、可再生的、環(huán)保清潔的能源?—生物柴油具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

本課題組在不同條件下制備出了一系列固體堿催化劑，并運(yùn)用XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM等技術(shù)手段對(duì)催化劑進(jìn)行了表征，同時(shí)研究使用這些催化劑催化制備生物柴油的最佳工藝條件。研究結(jié)果表明：以K2CO3/柱層析硅膠催化菜籽油制備生物柴油時(shí)，在催化劑的制備溫度為120℃，催化劑用量為原料油質(zhì)量的5%，醇油摩爾比為12:1，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間2h，生物柴油產(chǎn)率可達(dá)95.2%；以人造沸石固載堿(K2CO3/人造沸石、CaO/人造沸石)催化菜籽油制備生物柴油時(shí)，在最佳條件下，生物柴油產(chǎn)率達(dá)98%；以K2CO3/高嶺土催化菜籽油制備生物柴油時(shí)，在最佳工藝條件下，生物柴油產(chǎn)率為88.4%；以納米K2CO3/CaO催化大豆油制備生物柴油時(shí)，在反應(yīng)溫度70℃，催化劑用量為3％，醇油摩爾比12:1，反應(yīng)時(shí)間1h，生物柴油產(chǎn)率可達(dá)99.1%。

獲獎(jiǎng)情況

1.本作品涉及到的文章<柱層析硅膠固載K2CO3催化合成生物柴油的研究>已被《燃料化學(xué)學(xué)報(bào)》錄用(核心期刊，Ei收錄)、<納米K2CO3/CaO催化大豆油制備生物柴油>已發(fā)表《化學(xué)工程》(核心期刊)2011年第4期上、<固體堿催化劑CaO-人造沸石催化制備生物柴油的研究>已發(fā)表在《安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)》(核心期刊)2011年第3期上、<高嶺土固載碳酸鉀催化制備生物柴油的研究>已發(fā)表在《廣東化工》2010年第10期上、<固體堿催化菜籽油合成生物柴油的研究>已被《農(nóng)業(yè)機(jī)械?糧油加工》(核心期刊)錄用。 2.該作品2011年榮獲第十二屆省級(jí)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽中自然科學(xué)類“一等獎(jiǎng)”。

鑒定結(jié)果

本作品經(jīng)兩年的研究，探索出一系列催化活性較高的固體堿催化劑，并成功將其應(yīng)用于催化制備生物柴油。其中一篇論文已被《燃料化學(xué)學(xué)報(bào)》錄用(Ei收錄)，其它相關(guān)論文也相應(yīng)的發(fā)表在《化學(xué)工程》等期刊上。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃慨, 顏涌捷, 陳晴等. 鈣鎂負(fù)載型固體堿制備生物柴油的研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2009,30(2): 249-255. [2] 黃仕鈞, 陳英, 謝穎等. 鈣基固體堿催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油中的研究進(jìn)展[J].中國(guó)油脂，2010,35(3):46-50. [3] 姜紹通, 徐漣漪, 周勤麗等. 固體堿催化棉籽油制備生物柴油[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011,27(3): 254-259.

同類課題研究水平概述

近年來(lái)，能源危機(jī)和環(huán)境污染已經(jīng)成為人類生存和發(fā)展的兩大問(wèn)題，嚴(yán)重影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)的發(fā)展。世界各國(guó)都非常重視開(kāi)發(fā)清潔可再生的新能源，來(lái)逐步替代不可再生的礦石能源。生物柴油作為一種新型環(huán)境友好型燃料，用來(lái)替代石化柴油具有巨大的潛力和廣闊的市場(chǎng)前景。張新海等[1]以MCM-41為載體負(fù)載Na2CO3制備Na2CO3/MCM-41型酯交換催化劑，用于催化大豆油制備生物柴油，并優(yōu)化了制備工藝。結(jié)果表明，最佳反應(yīng)條件是醇油摩爾比16:1，催化劑用量為油質(zhì)量的3%，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為3h條件下，酯交換轉(zhuǎn)化率可達(dá)35%。鄧欣等[2]以尿素為沉淀劑制備了納米Ca-Mg-Al水滑石，采用X射線衍射、傅里葉變換紅外光譜和掃描電子顯微鏡對(duì)其進(jìn)行了表征，以其煅燒后得到的納米Ca-Mg-Al復(fù)合金屬氧化物為固體堿催化劑，采用微水相超聲波輻射協(xié)同固體堿催化小桐子油與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備生物柴油，研究結(jié)果表明，在最佳反應(yīng)條件下，生物柴油收率達(dá)94.3％。Marchetti等[3]人以樹(shù)脂550A催化由10%油酸和90%精制葵花籽油組成的混合油與甲醇的酯化反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為45℃，催化劑用量為油質(zhì)量的2.267% ，醇油摩爾比6:1，反應(yīng)2h酯化率達(dá)到85%以上。在酯化和酯交換反應(yīng)中，固體堿催化劑與傳統(tǒng)工藝上用的硫酸、磷酸等液體酸和氫氧化物等堿性物質(zhì)比較，固體堿催化劑都有很好的催化活性，不產(chǎn)生大量的廢液，工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品容易分離提純，不腐蝕設(shè)備，是一種可再生的綠色環(huán)境友好型催化劑。但本課題組探索出的固體堿催化劑，文獻(xiàn)報(bào)道較少，可為生物柴油的發(fā)展提供了理論和技術(shù)上的參考。 參考文獻(xiàn)： [1]張新海，張守花，張洪浩.Na2CO3/MCM-41型固體堿催化制備生物柴油[J].應(yīng)用化工，2010,39(6):863-866. [2]鄧欣，方真，胡遠(yuǎn)飛等.微水相超聲波協(xié)同納米Ca-Mg-Al固體堿催化制備生物柴油[J].石油化工，2009,(10):1071-1075. [3]Marchetti J M，Miguel V U，Errazu A F.Heterogeneous esterification of oil with high amount of free fattyacids[J].Fuel，2007,86:906-910.
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