生物柴油作为一种环境友好的可再生能源,近年来受到人们的持续关注和广泛研究,而如何提高生物柴油生产效率一直是研究的热点问题。在生物柴油产业迅速发展的同时,副产物甘油也随之大量产生,如何利用副产物甘油制备高附加值产品已成为新的关注点。基于此背景,本论文的研究内容包括以下两个方面:(1)微波、超声波辅助硅酸钠催化制备生物柴油利用简单煅烧的方法制备固体硅酸钠催化剂,在微波辅助下催化菜籽油、小桐子油酯交换反应制备生物柴油。单因素实验的结果表明:在微波功率400 W、醇油比11:1、催化剂用量4 wt%、反应时间5 min的条件下,生物柴油产率分别可达97.0%和90.1%。固体催化剂至少能够重复使用四次,而且生物柴油产率均能达到80.0%以上。通过比表面积分析(Brunauer-Emmett-Teller surface area;BET)、X 射线衍射(X-ray diffraction;XRD)、扫描电镜分析(scanning electron microscopy;SEM)、CO2 程序升温脱附(CO2-temperature programmed desorption;C02-TPD)等表征手段对失活前后催化剂进行表征分析,结果表明:催化剂吸水粘结成块、活性位点的脱落以及碱量的下降,是导致其催化活性降低的主要原因。利用煅烧、球磨的方法制备微米级固体硅酸钠催化剂,在超声波辅助下催化菜籽油酯交换反应制备生物柴油。正交试验的结果表明:反应温度为影响生物柴油产率的最主要因素,在反应温度60℃、超声波功率350 W、反应时间40 min、催化剂用量5 wt%、醇油比9:1的条件下,生物柴油产率达97.5%。催化剂在超声波条件下至少能够重复使用两次,而在第三次重复使用时生物柴油产率降至80.0%以下。通过SEM、X射线能谱(energy dispersive X-ray spectroscopy;EDX)等表征手段对失活前后催化剂、产物碳化样品进行表征分析,结果表明:催化剂活性位点的脱落是导致其催化活性降低的主要原因。另外,实验还验证了室温下超声波辅助硅酸钠催化制备生物柴油的可行性。(2)副产物甘油水热转化制备乳酸及水热气化制备氢气利用硅酸钠催化甘油水热转化制备乳酸。研究结果表明:当底物浓度为0.3 mol/L、催化剂浓度为0.625 mol/L、反应温度为300℃、反应时间为90 min时,底物甘油基本转化完全,乳酸产率可达90.7%。随着反应温度的升高或时间的延长,乳酸产物会发生分解反应从而导致其产率逐渐下降。以生物柴油制备过程中失活的硅酸钠催化甘油的水热转化反应,甘油转化率与乳酸产率均有所下降,分别为92.8%和80.5%。以生物柴油副产物粗甘油为原料的水热转化研究结果表明,当底物浓度为3 mol/L、催化剂浓度为1.5 mol/L、反应温度为300℃、反应时间为90 min时,乳酸产率能达到88.7%。粗甘油中的其他组分对乳酸产率无明显影响。利用镍催化剂与硅酸钠协同催化甘油水热气化制备氢气。研究结果表明:当气化温度为350℃、加热反应时间为30 min、镍催化剂与硅酸钠的用量分别为40 wt%和160 wt%时,氢气的产率与纯度分别为85.2%和86.2%(mol/mol)。由于硅酸钠水解形成的碱性水热环境吸收了反应生成的二氧化碳,氢气的纯度与不使用硅酸钠时相比有大大提升。利用生物柴油制备过程中失活的硅酸钠协同镍催化剂催化甘油的水热气化反应,氢气的产率与纯度均有所下降,分别为82.8%和73.6%(mol/mol)。利用生物柴油副产物粗甘油为原料进行水热气化反应,气体产物的组分及含量变化不大,且气体产物基本来自粗甘油原料中的甘油成分。结果表明以粗甘油为原料直接进行水热气化可获得高纯度氢气(85.3%,mol/mol)。综上,微波、超声波辅助技术与常规的加热方法(如油浴)相比,可以有效促进固体硅酸钠催化制备生物柴油。另外,利用失活的硅酸钠催化副产物甘油水热转化、气化(镍催化剂存在),可得到高附加值产品乳酸和氢气。本研究充分、合理的利用了硅酸钠催化剂和廉价的副产物甘油,实现了生物柴油高效率制备以及副产物甘油的高附加值转化。