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地沟油中含有大量的游离脂肪酸,直接酯交换法制备生物柴油效果不佳,本研究以回收的地沟油为原料、采用固体酸碱两步法制备生物柴油。第一步:以固体酸为催化剂对高酸价地沟油进行预酯化,降低酸价;第二步:以固体碱为催化剂催化酯交换反应制备生物柴油。试验合成出固体酸催化剂TPA/ZrO2、TPA/TiO2-SiO2、PDVB-SO3H和固体碱催化剂KF/CaO、K2CO3/Al2O3,并对它们进行表征,研究它们催化地沟油制备生物柴油的工艺条件,并对制备的生物柴油的性能进行了测试。具体内容如下:1.采用溶液沉淀的方法合成ZrO2、柠檬酸路线法制备TiO2-SiO2载体,然后以磷钨酸(TPA)为活性组分,制备TPA/ZrO2和TPA/TiO2-SiO2两种固体酸催化剂。通过比较可知,在相同的反应条件下,TPA/TiO2-SiO2具有较高的催化活性。通过单因素试验和正交试验,得到最佳工艺条件:TPA负载量为40%,载体焙烧温度为600℃,催化剂用量为5wt%,反应时间为5h,醇油质量比为0.8:1,在此条件下,FFAs的转化率可以达到98%。2.通过溶液聚合的方法合成聚二乙烯基苯(PDVB)有机骨架,以氯磺酸为磺化剂,制备磺酸化的聚二乙烯基苯,PDVB-SO3H。在催化剂的制备过程中,采用超临界二氧化碳萃取技术,除去PDVB有机骨架上残留的有机溶剂。该催化剂具有很强的疏水性、较大的比表面积和较高的热稳定性。通过单因素试验和Box-Behnken Design设计实验,对地沟油预酯化工艺条件进行了优化,试验的最佳反应条件为:反应时间为3h,醇油质量比为0.85:1,催化剂的加入量为3.2wt%,反应温度为65℃,在此条件的验证试验结果为98.7%。PDVB-SO3H可以重复使用三次。3.制备KF/CaO催化剂,对其进行表征。表征结果表明,KF/CaO经过高温焙烧之后,在KF/CaO表面形成活性中心KCaF3,KCaF3决定了KF/CaO的碱强度和催化活性。试验最终确定了KF/CaO的最佳制备条件,即KF负载量为20%,KF/CaO焙烧温度为600℃,焙烧时间为4h。考察KF/CaO对地沟油酯交换反应的影响。4.采用浸渍法制备K2CO3/Al2O3催化剂,对其进行表征。表征结果表明,K2CO3/Al2O3在高温焙烧之后,形成了KAlO2活性中心,Al2O3和K2CO3/Al2O3内部有许多大孔结构。试验以K2CO3/Al2O3为催化剂,考察反应条件对地沟油酯交换转化率的影响,通过正交试验和单因素试验得到最佳反应工艺条件:催化剂用量为5wt%,反应时间为6h,醇油质量比为1.2:1,催化剂的焙烧温度为600℃,焙烧时间为5h,K2CO3的负载量为30%,在此条件下,地沟油酯交换的转化率可以达到88%。与KF/CaO催化活性相比,KF/CaO的活性高于K2CO3/Al2O3。5.对地沟油为原料制备的生物柴油进行理化性质的测定,结果表明,此生物柴油不能直接替代石化柴油。对地沟油为原料制备的生物柴油与大豆生物柴油进行混合试验,结果表明,当地沟油生物柴油的百分含量小于10wt%时,其性能较好。