碳基固体碱催化剂的制备及其催化合成生物柴油性能研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinzheng1974
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随着现代社会经济的腾飞,各行业尤其是工业领域对石化燃料的需求也越来越大,然而石化燃料的实际储量有限,目前正面临着资源枯竭的危险。自上世纪后期,各国研究人员发现可再生的生物燃料后,一场威胁巨大的能源危机得到缓解,因而对生物燃料的研究也成为迄今为止广受关注的热点之一。  生物柴油是一种绿色的生物燃料,对生物柴油的研究与产业化对缓解目前日趋严重的全球气候变暖具有重要作用。  为了使生物柴油的生产过程“绿色”化,高性能的非均相固体碱催化剂成为目前生物柴油研究领域所追求的热点。本文以椰壳为主要原料,利用其不完全碳化后所特有的多孔性结构,研究制备出了一种高性能的生物柴油催化剂——碳基固体碱催化剂。  采用三步法制备得到碳基固体碱催化剂,即椰壳的不完全碳化——一定量的KF负载——空气中高温活化与隔绝空气高温活化的过程,制备活性高、价格低廉和环境友好的生物柴油催化剂。  探索了不完全碳化温度、KF负载量、活化温度及是否在空气中活化等条件对催化剂催化活性的影响,并将该催化剂应用于甲醇与菜籽油的酯交换反应评价其催化活性,研究结果表明,无论是在空气中活化或隔绝空气活化,碳基固体碱催化剂均具有较高的催化活性,且在其他制备相同的条件下,在空气中活化制备出的催化剂活性要高于隔绝空气活化制备出的催化剂,两种催化剂的最佳制备条件分别为:250℃不完全碳化,10 wt.%KF负载,500℃空气中活化和350℃不完全碳化,10 wt.%KF负载,550℃隔绝空气活化。  研究了酯交换反应的条件(反应温度、反应时间、醇油摩尔比、催化剂用量)对酯交换率的影响,最终得到的酯交换反应的最优条件为:反应温度65℃,反应时间3h,醇油摩尔比9:1,催化剂用量15 wt.%(空气中活化制备的催化剂)和25 wt.%(隔绝空气活化制备的催化剂)。在上述酯交换反应条件下使用两种最佳条件制备的催化剂催化菜籽油与甲醇的酯交换反应,酯交换率分别达到94.6%和92.2%。  通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差热重量分析法(DTG)、X射线光电子能谱(XPS)、BET比表面积测定、原子光谱(AAS)等分析、表征方法对催化剂的活性位点与失活原因进行了研究。研究结果表明,催化剂的活性位点是由普通 KF经过高温活化发生一定程度矿化后所生成的Carobbiite KF。同时,造成该催化剂的失活原因为催化剂催化活性位点的流失。  碳基固体碱催化剂的原料为可再生的椰壳,且其制备过程也有显著的绿色合成的特点,用该催化剂催化制备生物柴油使得生物柴油的制备过程的环境友好性更加突出。同时由于碳基固体碱催化剂具有很好的催化活性,因此其必将在生物柴油领域有光明的发展前景。
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