麻疯树油制备生物柴油固体酸催化剂的研究

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石油危机、环境污染加速了可再生、环境友好替代能源的发展,生物柴油无疑是其中一个重要热点。但是成本过高在很大程度上限制了生物柴油的推广和使用。降低原料成本可以有效地降低生物柴油成本。低成本原料油(如麻疯油、餐饮废油)往往含有较多的游离脂肪酸,对碱催化的酯交换反应和后续分离过程有较大的影响。一般的工艺过程中,先将其中游离脂肪酸与低碳醇在酸催化下通过酯化反应转变成相应的酯(即预酯化过程)降低其酸值。传统的液体酸催化剂不仅副反应多,腐蚀设备,还会产生大量的含酸废水,污染环境。以固体酸代替液体酸是环境友好的绿色过程,固体酸容易回收,且易与产物分离。本文对以廉价的高酸值麻疯油制备生物柴油过程中预酯化反应中固体酸催化剂进行了研究。利用该预酯化反应为目标反应,对现在常用的几类固体酸进行筛选,得到了原料便宜、制备简单的ST-Ⅱ固体酸。系统地研究了制备条件、反应条件对其酯化活性的影响。ST-Ⅱ固体酸制备过程中,煅烧温度是一个敏感的因素,而煅烧时间影响较小。最佳的制备条件为:500℃、2h。最佳的反应条件为:反应温度为90℃、醇酸摩尔比为20:1、催化剂用量为油重的4%、反应时间为2h。在此条件下,游离脂肪酸的转化率可达97.62%。对于麻疯油中游离脂肪酸与甲醇的预酯化反应,-12.70≤H0≤-8.2强度范围的固体酸中心具有较好的催化活性。通过SEM、XRD、TGA-DSC、BET、S含量的表征表明:ST-Ⅱ固体酸制备过程中,随着煅烧温度的增加,强酸位数量逐渐增加,弱酸位数量逐渐减少。过高的煅烧温度将导致表面活性硫物种分解脱附,酸位强度和数量都迅速降低,预酯化活性迅速降低。载体TiO2晶化程度提高,比表面积、孔容、硫含量减少都导致ST-Ⅱ固体酸预酯化活性降低。FTIR研究表明:ST-Ⅱ固体酸具有焦硫酸结构酸位,吸水后产生质子酸。通过质子化羧酸、甲醇亲核加成、脱质子机理催化酯化反应。通过对ST-Ⅱ固体酸稳定性考察表明:活性组分溶剂化流失、表面吸附有机物为其失活的主要原因。再硫化或在氧气中煅烧可能是较为有效的再生方法。
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