我国已成为世界能源消费大国，2011石油对外依存度达55.2%，今年预计将升至58％。不断提升的石油需求以及长期高企的油价对我国能源安全和经济社会可持续发展构成严重威胁。而生物柴油是典型的“绿色能源”，具有良好的环保性能。大力发展生物柴油对增加能源供应、优化能源结构、保障能源安全，减轻环境压力，促进经济社会可持续发展等方面都具有重要的战略意义。　　目前生物柴油生产主要是采用固体碱催化油脂酯交换反应法。在该方法中催化剂是最关键的因素之一。在已知的固体碱中，钙基固体碱催化剂具有催化活性高，价格便宜，原料来源丰富，制备过程相对简单，是一类非常具有工业化应用前景的固体碱催化剂。除此之外，采用钙基固体碱催化油脂酯交换反应制备生物柴油不仅可避免在传统的液体碱催化酯交换过程中催化剂分离困难，产生废液多、环境污染大等严重问题，而且反应条件温和，催化剂可重复使用，容易采用自动化连续生产，对环境无污染，对设备无腐蚀。　　论文结合多种催化剂制备方法，制备并筛选出4种钙基固体碱催化剂，包括原料易得、价格低廉的蚌壳基固体碱催化剂CaO，催化活性高的负载型纳米固体碱催化剂KF/CaO，抗酸性强的介孔型纳米固体碱催化剂KF/CaO-MgO和能采用现有磁分离技术简单、快速分离的磁性纳米双功能固体碱催化剂 KF/CaO-Fe3O4，详细地研究了催化剂活性位点的形成过程和催化酯交换的反应机理。同时对本论文采用钙基固体碱催化剂催化合成的生物柴油氧化稳定性也进行了详细的研究。论文的主要内容和结果如下：　　（1）结合煅烧、浸渍和活化三种方法，以河蚌壳为原料，制备了一种成本低、催化活性高和生态友好的蚌壳基固体碱催化剂CaO。通过热重分析、扫描电子显微镜、X-射线粉末衍射、拉曼光谱和N2吸附－脱附对固体碱催化剂的热稳定性、晶体结构、形貌和比表面积进行了表征，探讨了催化剂催化反应机理，同时利用响应面分析法对催化剂的制备条件和生物柴油的合成条件进行了优化。结果发现催化剂具有蜂窝状的表面结构，其比表面积为23.2 m2/g；催化剂的最佳煅烧温度和活化温度分别为900℃和600℃；最佳酯交换反应条件为12:1醇油摩尔比、5 wt％催化剂用量、65℃反应温度和1.5 h反应时间。在最佳条件下，生物柴油产率超过90％，且催化剂能重复使用7次以上。　　（2）以KF溶液为浸渍液，以CaO为载体，采用等体积浸渍法，制备了一种催化活性高，能重复使用的负载型纳米固体碱催化剂KF/CaO。扫描电子显微镜和透射电子显微镜显示，催化剂具有纳米多孔结构，粒径分布在30nm－100nm之间；N2吸附－脱附显示催化剂的比表面积为109 m2/g；X-射线粉末衍射显示催化剂中有新的晶相（KCaF3）形成。在醇油摩尔比为12:1、催化剂用量为4 wt％、反应温度为65℃条件下，反应2.5 h后生物柴油柴油达到96.8％，催化剂重复使用16次后，生物柴油产率仍然超过90％。同时还探讨了催化剂的作用机理和催化动力学。　　（3）采用共沉淀法和等体积浸渍法，制备一种催化活性高、抗酸和抗皂化能力强的介孔纳米固体碱催化剂KF/CaO–MgO。同时以催化菜籽油和甲醇的酯交换反应作为模型实验，优化催化剂的制备条件。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射、拉曼光谱和N2吸附－脱附对固体碱催化剂的形貌、晶体结构和比表面积进行了表征，探讨了催化剂的制备条件与催化活性的关系。表征结果显示，催化剂平均粒径为35 nm，平均孔径为34 nm；实验结果发现，催化剂最佳制备条件为8:2钙镁质量比、25 wt％KF负载量，600℃煅烧温度和3h煅烧时间；在醇油摩尔比为12:1、催化剂用量为3 wt％、反应温度为70℃、反应时间为3 h条件下，生物柴油产率为95％，且制备的催化剂KF/CaO-MgO与CaO和KF/CaO比较显示出更强的抗酸和抗皂化能力（10 mg KOH/g油）。　　（4）结合包埋法和浸渍法，以纳米Fe3O4作为磁核，制备了一种分离简单、快速的磁性纳米固体碱催化剂KF/CaO－Fe3O4。通过热重分析、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射、拉曼光谱和震动磁强计对磁性纳米固体碱催化剂的热稳定性、晶体结构、形貌和磁性质进行了表征，探讨了催化剂催化反应机理。表征结果显示催化剂具有均一的表面结构，平均粒径为50nm，磁化强度为40.15emu/g。催化剂的最佳制备条件为5 wt％磁核，25 wt％KF负载量，600℃煅烧温度和3 h煅烧时间。在醇油摩尔比为12:1、催化剂用量为4 wt％、反应温度为65℃、反应时间为3 h条件下，生物柴油柴油超过95％，且催化剂重复使用14次后的回收率超过90％。　　（5）筛选提高生物柴油氧化稳定性的高效抗氧化剂。以纳米固体碱KF/CaO为催化剂，催化菜籽油、大豆油、乌桕油制备生物柴油，选用焦性没食子酸（PGA）、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）、维生素 E（VE）和柠檬酸（CTA）四种抗氧化剂，分别采用电导法(EN14112)和酸值法(GB/T5530-2005)评价生物柴油的氧化稳定性，考察抗氧化剂对生物柴油氧化稳定性的影响。实验结果显示：电导法和酸值法用于评价生物柴油的氧化稳定性结果是一致的。未加抗氧化剂时，乌桕油生物柴油（CME）氧化稳定性最好，加入抗氧化剂后，菜籽油（RME）生物柴油氧化稳定性最好；四种抗氧化剂中VE表现出较弱的抗氧化性能，PGA、BHT、CTA表现出较强的抗氧化性能，其最佳浓度范围是80 mg/L－120 mg/L；其中CTA对提高SME和CME两种生物柴油的氧化稳定性效果较好，BHT对提高RME生物柴油样品的氧化稳定性效果较好。在最佳条件下，三种生物柴油的诱导期均超过7h。