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生物柴油作为一种可再生的清洁能源,可替代化石燃料,从而缓解能源紧张、改善生态环境。目前,生物柴油主要通过酯交换法制备,但传统的酯交换催化剂存在难回收、污染大、设备腐蚀严重等缺点。因此,本课题提出以新型、高效、绿色的Br(?)nsted酸性功能化离子液体为催化剂,催化椰子油、桐油和甲醇酯交换反应制备生物柴油。主要研究内容如下:(1)运用两步法首次合成4种新型Br(?)nsted酸性功能化离子液体:[PhCH2N1,1PrSO3H][Tos]、[PhCH2N1,1PrSO3H][HSO4]、[CyN1,1PrSO3H][Tos]和[CyN1,1PrSO3H][HSO4];采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(1HNMR、13CNMR)进行结构表征,谱图分析结果可知,合成的离子液体为目标离子液体;采用紫外-可见光谱(UV-Vis)和Hammett法测定离子液体的酸强度,发现其酸强度与结构有密切关系,且[CyN1,1PrSO3H][Tos]的酸性最强;同时,还测定离子液体与反应体系中各组分的溶解性能。(2)测定椰子油和桐油的主要理化性能指标,包括密度、粘度、酸值、皂化值和含水率,并计算出平均分子量。采用气相色谱分析其脂肪酸组成,结果发现椰子油主要由12～14碳链、桐油主要由18碳链的脂肪酸组成,二者的脂肪酸组成均满足制备生物柴油的条件。(3)以Br(?)nsted酸性离子液体为催化剂,催化椰子油和甲醇酯交换合成生物柴油,其中[CyN1,1PrSO3H][Tos]表现出最优的催化效果。通过单因素实验和正交实验对其催化酯交换的工艺条件进行优化,确定较优的工艺条件:醇油摩尔比15:1、反应温度110 ℃、催化剂用量4.0%、转速500 rpm、反应时间2 h,在此条件下,生物柴油的产率为98.7%,且离子液体重复使用5次,产率基本不变。(4)以Br(?)nsted酸性离子液体为催化剂,催化桐油和甲醇酯交换反应合成生物柴油,其中[CyN1,1PrSO3H][Tos]表现出最优的催化效果。通过单因素实验和正交实验对其催化桐油制备生物柴油的工艺条件进行优化,确定较优的工艺条件:醇油摩尔比21:1、反应温度120 ℃、催化剂用量5.0%、转速400 rpm、反应时间2 h,在此条件下,生物柴油的产率为99.0%。(5)对所制备的椰子生物柴油和桐油生物柴油进行水洗、干燥、减压精馏精制等,并通过仪器分析测定其主要性能,如密度、粘度、酸值等,结果表明,所制备的生物柴油符合美国生物柴油标准(ASTM D 6751-02)。