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本研究首次以氧化石墨烯和可再生的纤维素作为原料,制备出复合微球载体,并首次利用该载体固载磷钨酸,成功制备了磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化剂并进行了表征,将其应用在催化黄连木种子油转酯化制备生物柴油。另外,磁性四氧化三铁的加入实现了磷钨酸催化剂的快速分离和重复利用。本研究的具体研究结果如下: 1.制备了磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化剂并对其进行表征分析 以具有优异的物理和化学性能的氧化石墨烯和价格低廉、资源丰富、清洁可再生的纤维素为原料,采用热熔胶转化再生纤维素制备复合的氧化石墨烯纤维素微球;利用三乙烯四胺对复合微球进行胺基化修饰;采用共沉淀法在复合微球上制备磁性的Fe3O4粒子;最后采用化学固载的方法将磷钨酸固载到载体材料上,成功制备了磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化剂。实验中首先对掺杂氧化石墨烯的量进行了优化,得到最优的氧化石墨烯和纤维素的质量百分比。同时,对制备出的载体和催化剂分别进行了SEM、BET、FTIR和XRD的表征分析。结果表明与纯的纤维素裸球对比,氧化石墨烯的掺杂使微球的结构发生了明显的变化,氧化石墨烯上丰富的活泼官能团对微球的胺基化修饰起着积极的作用。 2.建立了高效的超声提取黄连木种子油的方法 利用超声波产生的空化效应加快细胞壁破碎、促使油脂溶解在溶剂中,实现超声高效提取黄连木种子油的目的。结合单因素实验和响应面分析法优化黄连木种子油提取工艺,确定了最佳提取工艺条件为在正己烷为提取溶剂的条件下: 液料比:8.7(mL/g) 提取温度:64.1℃ 提取时间:29.5min 原料粉碎度:20目 提取功率:100W 在优化的提取条件下,黄连木种子油的得率可达41.2%。超声具有提取时间短,提取效率高,绿色环保的优点,适合应用于黄连木种子油的高效提取。 3.建立了磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化黄连木种子油合成脂肪酸甲酯工艺 在优选完催化剂后,以黄连木种子油为原料,以磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸为催化剂,进一步对转酯化过程中的重要工艺参数进行了优化,其优化条件如下: 反应温度:80℃ 醇油摩尔比:12∶1 催化剂用量:15wt% 反应时间:8h 在优化的最优条件下,脂肪酸甲酯的产率可达94%。催化剂的重复利用实验表明,制备出的磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化剂较稳定,在外加磁场的作用下就能实现快速分离,在循环使用六次后生物柴油的产率仍能达到80%。XRD分析进一步证明了,与未掺杂氧化石墨烯的催化剂对比,磷钨酸在回收的催化剂上仍能保持结构稳定。 综上所述,本研究创新性的将氧化石墨烯和纤维素掺杂做成复合微球并首次将其作为载体负载磷钨酸,成功制备了磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化剂,并在此研究基础上,建立了磁性复合氧化石墨烯/纤维素微球固载磷钨酸催化黄连木种子油合成脂肪酸甲酯的工艺。本研究合成脂肪酸甲酯的方法具有效率高、环保、环境友好等特点,为以黄连木种子油为代表的林木种子油作为原料油应用于生物柴油的生产工艺中奠定基础,为生物柴油产业与农业和食品业的竞争找到了新的解决办法。