【摘 要】
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生物柴油是符合“碳中和”战略的一种能源类型。生物柴油以生物质为原料制备生产,相较于传统石化柴油具有绿色环保、可再生等优势。传统生物柴油生产方法多使用酸碱催化剂,不仅副产物多,且催化剂腐蚀造成设备磨损;新型生物柴油生产技术也受技术不成熟等制约。氨基酸离子液体是基于天然氨基酸所合成的盐的总称,克服了传统离子液体存在环境风险的缺点,在多领域均有应用,也适用于催化制备生物柴油。本研究针对现有催化剂存在的不
【基金项目】
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云南省生物柴油产业发展规划编制（2015085）; 云南师范大学博士启动项目:脂肪酶-酸联合制备生物柴油研究（-01701205020503085）
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生物柴油是符合“碳中和”战略的一种能源类型。生物柴油以生物质为原料制备生产,相较于传统石化柴油具有绿色环保、可再生等优势。传统生物柴油生产方法多使用酸碱催化剂,不仅副产物多,且催化剂腐蚀造成设备磨损;新型生物柴油生产技术也受技术不成熟等制约。氨基酸离子液体是基于天然氨基酸所合成的盐的总称,克服了传统离子液体存在环境风险的缺点,在多领域均有应用,也适用于催化制备生物柴油。本研究针对现有催化剂存在的不足,利用氨基酸合成了一批酸性氨基酸离子液体,并筛选出一种具有最佳酯化反应催化效果的[L-Glu][HSO4],探究了其在常规酯化法和超声波辅助法下催化脂肪酸酯化反应的工艺条件及催化油酸酯化反应的动力学。主要结论如下:（1）共合成了15个氨基酸离子液体。通过催化油酸酯化反应,筛选出[L-Glu][HSO4]离子液体具有最佳酯化反应催化效果,实验结果表明氨基酸离子液体的酸性越强,催化酯化反应的转化率相对越高。（2）常规酯化法下,得到了[L-Glu][HSO4]离子液体催化油酸、硬脂酸和月桂酸的最适条件。在最适条件下,油酸转化率可达为96.03%,硬脂酸转化率可达96.48%,月桂酸转化率可达为97.87%;[L-Glu][HSO4]离子液体在以上反应中均重复5次,催化性能无明显下降。（3）在设定的超声波（35k Hz、450W）辅助条件下,[L-Glu][HSO4]离子液体催化油酸、硬脂酸和月桂酸在最适条件的转化率分别为85.84%、78.67%和92.63%。对比同等催化剂用量、甲醇用量和温度下,超声波辅助法转化率略高与常规法。分析原因,可能是超声波辅助酯化反应由于水和锥形瓶玻璃介质的存在,影响超声能量传播,使得超声波辅助优势未能完全发挥,未能取得超越常规法的酯化效果。（4）在响应面分析法优化下,[L-Glu][HSO4]离子液体催化油酸转化率最高时的反应条件为离子液体量15%,n甲醇∶n油酸为11∶1,反应温度70℃,反应时间12h。在此条件下,油酸转化率预测值为96.66%,实际转化率为97.02%。模型认定反应温度对油酸转化率影响最大,其余因素依次是n甲醇∶n油酸、反应时间和离子液体用量。动力学探究得到[L-Glu][HSO4]离子液体催化油酸酯化反应的反应活化能和频率因子分别为29.65 k J·mol-1、7.88×10~2 min-1,反应活化能和频率因子较好。
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