【摘 要】
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化石能源正在枯竭,全球正面临严重的能源危机,生物柴油作为一种清洁的可再生能源,具有良好的发展前景。但是目前生物柴油主要采用食用油作为原料,这限制了其的发展,采用餐厨废油作为生物柴油原料是一个不错的解决办法,但是餐厨废油的酸值和杂质含量高,采用传统的碱催化效果不佳,而使用均相酸催化会产生酸性废水污染环境,反应副产物甘油也很难回收利用。因此开发适用于同步催化餐厨废油与甲醇酯化与酯交换反应的固体酸催化剂
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化石能源正在枯竭,全球正面临严重的能源危机,生物柴油作为一种清洁的可再生能源,具有良好的发展前景。但是目前生物柴油主要采用食用油作为原料,这限制了其的发展,采用餐厨废油作为生物柴油原料是一个不错的解决办法,但是餐厨废油的酸值和杂质含量高,采用传统的碱催化效果不佳,而使用均相酸催化会产生酸性废水污染环境,反应副产物甘油也很难回收利用。因此开发适用于同步催化餐厨废油与甲醇酯化与酯交换反应的固体酸催化剂是十分有必要的。氧化石墨烯材料作为一种良好的催化剂载体近年来得到了广泛研究。本研究制备了两种金属改性氧化石墨烯固体酸(MxOy-GO-SO3H),对其进行了 XRD、FT-IR、XPS和SEM等表征。并将其用于实验室制备的低品质餐厨废油与甲醇的同步酯化酯交换反应,并以酯化酯交换反应的脂肪酸甲酯产率作为催化剂催化性能的评价指标。研究了催化剂的金属氧化物(MxOy)与氧化石墨烯(GO)的质量配比对催化剂的催化性能的影响;对不同催化剂同步酯化酯交换反应的反应温度、醇油摩尔比、催化剂投加量和反应时间等条件进行了优化;初步研究了催化剂的重复使用性能和再生方法;最后对不同催化剂催化餐厨废油制备的生物柴油的品质进行了分析,均符合国家BD100生物柴油标准。主要研究结果如下:(1)实验室制备的低品质餐厨废油酸值和不皂化物含量较食用油有所增加,但脂肪酸碳链没有明显变化,可用作生物柴油的原料。(2)MxOy改性GO能有效提升其催化活性。MxOy与GO的配比对催化剂的催化性能的影响较大,不同的MxOy-GO-SO3H最佳MxOy:GO质量比也不同。Al2O3-GO-SO3H和Fe2O3-GO-SO3H的最佳Al2O3:GO质量比和最佳Fe2O3:GO质量比分别为1:3和3:1。(3)Al2O3-GO-SO3H的最优反应条件为:反应温度60℃,醇油摩尔比9:1,催化剂投加量3%,反应时间5h,在此反应条件下,Al2O3-GO-SO3H催化反应的脂肪酸甲酯产率最高可达91.23%。Fe2O3-GO-SO3H的最优反应条件为:反应温度90℃,醇油摩尔比12:1,催化剂投加量6%,反应时间4h。在最优化的反应条件下,Fe2O3-GO-SO3H催化反应的脂肪酸甲酯产率最高可达89.09%。Al2O3-GO-SO3H的催化条件相对温和,且脂肪酸甲酯产率更高,但Fe2O3-GO-SO3H达到最佳产率的反应时间更短。(4)两种催化剂的重复使用性能都比较一般,重复使用5次后,催化活性下降50%左右。对使用过的催化剂进行洗涤、干燥、二次浓硫酸浸渍等处理,能在一定程度上恢复催化剂的催化活性。
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