目前,用于生产生物柴油最广泛的酸性催化剂是浓硫酸,主要缺点是产物分离困难、腐蚀设备和污染环境等。为解决上述问题,人们开始研究固体酸催化剂,如分子筛催化剂和贵金属氧化物负载催化剂等。虽然这些催化剂解决了腐蚀设备和污染环境的问题,但是制备成本高,催化活性低,稳定性差,很难用于工业生产中。现阶段我国用来制备生物柴油的原料都是不能食用的高酸油脂或者废弃食用油。由于催化剂的限制,这些原料在制备生物柴油的时候首要的步骤就是预酯化,即将原料其中含量较高的游离脂肪酸酯化。这样不但延长了生产时间,而且增加了生产成本,十分不利于生物柴油的推广。因此,研究和开发廉价的新型生物柴油固体酸催化剂具有重要的现实意义。本研究以资源丰富、可再生的玉米秸秆为原料,采用先高温碳化,再磺化的方法制备出了高活性的碳基固体酸催化剂。研究了制备条件对催化剂性能的影响,结果表明,制备过程中碳化温度、碳化时间、磺化温度、磺化时间对碳基固体酸催化剂的催化活性有明显的影响;在碳化温度300~400℃、碳化时间10h、磺化温度140~160℃、磺化时间7h的条件下可制得高活性的固体酸催化剂。采用多种方法对该固体酸催化剂进行了表征:通过红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)以及酸密度的测定结表明,该固体酸催化剂中有磺酸基(-SO3H)的存在,并且在最优条件下制得催化剂的磺酸基含量达13.9%,酸密度为1.72mmol/g;X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测定结果发现该催化剂是无定形碳结构,碳颗粒呈多孔的片状或层状。比表面积的测定发现该催化剂的比表面积为140m2/g,证明了催化剂是多孔的结构;热失重分析结果表明该催化剂在260℃以下具有很好的稳定性。实验发现玉米秸秆制成的固体酸催化剂在催化酯化反应的时候可以重复使用8次,8次以后催化剂的活性会迅速下降;活性下降的固体酸经过磺化后可以再生,再生后催化剂的酸密度和催化性能与新制成的催化剂相近。通过单因素实验和正交实验考察了各种因素对催化油酸和乙醇的酯化反应的影响,找到了最佳的酯化条件,即:催化剂用量为油酸质量的8%,酯化反应时间10h、乙醇和油酸摩尔比6:1、酯化反应温度90℃。比较用D-葡萄糖、蔗糖、淀粉和玉米秸秆制成的催化剂的催化酯化活性和酸密度发现,四种材料制成的催化剂催化活性的大小顺序和酸密度大小顺序相同:玉米秸秆>D-葡萄糖>蔗糖>淀粉,说明这类催化剂的催化活性和其酸密度呈正相关性。