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生物柴油是一种理想的替代型能源,对解决化石燃料的资源短缺和环境污染问题具有重要的意义。目前,用于酯交换反应制备生物柴油的催化剂主要是均相碱催化剂。但是,均相碱催化剂对原料的品质要求严格,且在分离的过程中会产生大量废水,污染环境,而采用固体催化剂能够有效避免这些问题。因此,本文以菜籽油和甲醇为原料,采用固体碱催化酯交换反应制备生物柴油。首先,建立了产品的分析方法。本文采用气相色谱内标法对产品进行定量分析。其次,本文制备了多种固体碱催化剂,分别对它们的活性和稳定性进行了考察。采用超临界干燥法制备了KOH/γ-Al2O3固体催化剂,并将其用于酯交换反应制备生物柴油的过程中,结果显示,柱箱温度与甲醇的用量是影响催化剂活性的两个重要因素。减少甲醇用量,提高柱箱温度,可以有效提高甲酯的反应收率。采用热熔融法制备了固体催化剂K/KOH/γ-Al2O3,优化得到酯交换反应的最佳反应条件为:醇油比9:1,催化剂用量4 wt%,反应温度60℃,搅拌速率270rpm,反应时间1h。在此条件下,生物柴油的收率达到了84.52%,催化剂的活性良好,但它的稳定性并不理想。通过XRD的表征,可以从图谱中发现,煅烧后的KOH/γ-Al2O3和K/KOH/γ-Al2O3都出现了新物质相KAlO2,该物质是这两种固体催化剂的活性组分。直接采用CaO作固体催化剂时,需要对CaO进行高温预处理。将处理过的CaO催化剂催化酯交换反应制备生物柴油,结果显示,CaO催化剂可连续使用3次,甲酯收率均达到了78%以上,但是产物和催化剂较难分离。采用化学合成法制备了铝酸钙固体催化剂,优化了酯交换反应的条件,实验结果表明,当醇油比为15:1,催化剂用量6 wt%,反应温度65℃,搅拌速率270rpm,反应时间为3h,甲酯的收率为89.05%。铝酸钙固体催化剂具有较好的稳定性,连续使用7次,甲酯的收率均在87%以上。通过IR、XRD、BET和SEM等手段对铝酸钙固体催化剂进行表征,结果表明,生成的催化剂各元素Ca-Al-O的比例约为11.3:14:32.3,其比表面积为5.78m2/g,粒径为550μm。较大的比表面积和粒径不仅为酯交换反应提供了较大的反应空间,同时也有利于催化剂与产物的分离。因此,开发使用铝酸钙固体催化剂将有助于发展一条环境友好、合成生物柴油的新工艺。