论文部分内容阅读
生物柴油是一种新型绿色能源,生产原料主要是来自于动植物油脂和回收的废油脂。因其具有含硫量低、对环境污染较小、可再生等优势而备受关注。利用餐饮废油为原料是我国生产生物柴油的优势,我国每年产生大量餐饮废油,如果以其作为原料生产生物柴油,一定能够产生很好的经济效益。目前,在我国生产生物柴油主要以酯交换反应法为主。餐饮废油的酸值较高,酯交换法制备生物柴油需要原料油的酸值必须小于1,因此需降酸处理。降酸过程在酯化反应中进行,一般采用强酸(硫酸)作为催化剂,但对设备有腐蚀,并会产生大量的废水,而且催化剂不能回收。碳基固体酸催化剂是一种新型固体酸催化剂,使用此种催化剂可以避免酸腐蚀及产生大量废水等不利环境的因素,还能够显著的降低生产成本。本文首先对新型碳基固体酸催化剂的制备进行了探索式的研究,以生物质块状竹料(杆径为0.3~0.5cm)合成了碳基固体酸催化剂。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)对催化剂进行了表征。利用油酸模拟高酸值生物柴油原料进行气相酯化降酸应用研究,并考察了碳化温度、磺化时间、磺化温度对催化活性的影响。酯化反应温度92℃,反应时间3h,催化剂用量为油酸质量的6%,甲醇蒸气为75℃。实验结果表明:以碳化温度在210℃,磺化时间7h,磺化温度70℃时所制备的碳基固体酸催化剂参与气相酯化反应,反应结束后测得油酸的转化率为86.93%。催化剂在重复使用4次,转化率仍能达到60%以上。试验还对催化剂再生利用进行了试验研究,实验结果催化剂的活性基本得到恢复。在此基础上以新方法制备出磁性碳基固体酸催化剂。此种催化剂带有磁性,在制备生物柴油的过程中如在反应器皿以外添加磁场,可以影响催化剂在反应器内的分布及反应后的回收。对制备的磁性催化材料采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)进行了表征,并考察了催化剂制备条件中磺化温度及时间、磺化酸量对反应转化率的影响。实验选用温度为500℃,活性炭与三氧化二铁质量比1:3混合,高温加热8h,得到的磁性材料经磺化温度70℃,磺化时间6h,磺化酸量7ml制成的磁性碳基固体酸催化剂参与生物柴油气相酯化降酸试验;酯化反应温度95℃,反应时间为3h,催化剂用量定为油酸质量的6%,甲醇蒸气75℃。反应后油酸转化率为85.82%。催化剂回收率为96.37%,且回收方法简单。催化剂重复使用4次后,反应中油酸的转化率仍能达到55%以上。磁性碳基固体酸催化剂具有较好稳定性及催化活性。在生物柴油生产中,应用碳基固体酸催化剂催化高酸值生物柴油原料降酸过程,具有很好的应用前景和经济价值。