高酸值废弃油脂制备生物柴油中预酯化反应的研究

摘要

本文以高酸值废弃油脂为原料，通过预酯化、酯交换两步法制备生物柴油，重点研究了复合酸、有机酸、固体超强酸催化剂在预酯化反应中的使用情况以及表面活性剂对预酯化反应的影响。预酯化反应均在回流状态下进行。
　　 实验使用配比为70wt％浓硫酸（98％），15wt％草酸，15wt％乙酸的复合酸作为预酯化催化剂时，得到最佳反应条件为：醇油摩尔比12:1，催化剂用量1.0wt％，反应时间120min，在此条件下，预酯化率可以达到95.93％，废弃油脂酸值由72mgKOH/g降至2.93mgKOH/g。同时对其他酸值原料进行了预酯化反应。此外，还研究了甲基磺酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸催化预酯化反应的效果，以甲基磺酸的催化效果较好，得到最佳反应条件为：醇油摩尔比18:1，甲基磺酸用量1.2wt％，反应时间45min，在此条件下，预酯化率可以达到96.11％，酸值由72mgKOH/g降至2.80mgKOH/g。将预酯化反应后酸值降到3mgKOH/g以下的油脂作为酯交换反应原料，用KOH做催化剂制备生物柴油，对制得的生物柴油样品的密度、运动黏度、酸值等性能进行测定，均符合国家标准。
　　 将通过低温陈化法制备的三种固体超强酸SO42-/ZrO2，SO42-/TiO2，以及S2O82-/TiO2应用于预酯化反应，并对催化剂进行了XRD跟BET的表征。在反应条件：醇油摩尔比18:1，催化剂用量5.0wt％的条件下，反应6h后，其催化酸值为72mgKOH/g废油的预酯化率分别为：81.56％，81.74％，84.08％。同时考查了固体超强酸催化其他酸值原料的预酯化反应。对反应后的催化剂进行再生处理，可以达到初始反应效果。
　　 在反应条件为：醇油摩尔比18:1，对甲苯磺酸1.2wt％，表面活性剂用量2.4wt％的条件下，研究了添加不同类型的表面活性剂对酸催化预酯化反应的影响。其中以聚乙二醇系列的表面活性剂对反应的促进效果最好。进行了浓硫酸、对甲苯磺酸、聚乙二醇-1000表面活性剂、吸水剂共同催化预酯化反应的实验，反应条件为：醇油摩尔比18:1，浓硫酸、对甲苯磺酸、聚乙二醇-1000、吸水剂CaCl2的用量分别占油重的0.4wt％、0.4wt％、1.6wt％、0.4wt％。反应后酸值由72mgKOH/g降到3mgKOH/g（对应预酯化率为95.83％）的时间由只使用0.4wt％浓硫酸和0.4wt％对甲苯磺酸作为酸催化剂催化反应时的100min缩减为70min。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 生物柴油的定义和特点

1.2 生物柴油的生产方法

1.2.1 直接混合法

1.2.2 微乳液法

1.2.3 热裂解法

1.2.4 酯交换法

1.3 国内外生物柴油的发展使用现状

1.3.1 美国

1.3.2 欧盟

1.3.3 中国

1.4 废弃油脂

1.4.1 废弃油脂的特性

1.4.2 废弃油脂的再利用

1.5 两步法生产生物柴油

1.6 固体超强酸催化剂

1.6.1 SO42-/MxOy型固体超强酸

1.6.2 成酸机理

1.6.3 固体超强酸性能的影响因素

1.6.4 S2O8-/MxOy型固体超强酸

1.6.5 固体超强酸的失活与再生

1.7 课题提出的意义以及研究的主要内容

第二章 复合酸、有机酸催化废弃油脂预酯化反应研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原料及试剂

2.2.2 催化剂

2.2.3 实验原理

2.2.4 预酯化反应实验方法

2.2.5 不同酸值高酸值废弃油脂顶酯化反应

2.2.6 生物柴油的制备

2.2.7 分析方法

2.3 浓硫酸为主的复合酸催化剂催化废弃油脂预酯化反应

2.3.1 单因素实验

2.3.2 预酯化反应正交实验

2.3.3 催化不同酸值高酸值废弃油脂预酯化反应

2.4 不同有机酸催化废弃油脂预酯化反应

2.5 甲基磺酸催化废弃油脂预酯化反应

2.5.1 单因素实验

2.5.2 预酯化反应正交实验

2.6 生物柴油的制备

2.7 小结

第三章 固体超强酸催化废弃油脂预酯化反应

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料与试剂

3.2.2 SO42-/ZrO2固体超强酸的制备

3.2.3 S042-/TiO2固体超强酸的制备

3.2.4.S2O82-/TiO2固体超强酸的制备

3.2.5 预酯化反应条件

3.2.6 分析方法

3.3 SO42-/TiO2固体超强酸催化废弃油脂预酯化反应

3.3.1 焙烧温度的影响

3.3.2 硫酸浸渍液浓度的影响

3.3.3 SO42-/ZrO2固体超强酸催化不同酸值高酸值废弃油脂预酯化反应

3.3.4 S042-/ZrO2固体超强酸催化剂表征

3.4 SO42-/TiO2固体超强酸催化废弃油脂顶酯化反应

3.4.1 焙烧温度的影响

3.4.2 硫酸浸渍液浓度的影响

3.4.3 SO42-/TiO2固体超强酸催化不同酸值高酸值废弃油脂预酯化反应

3.4.4 SO42-/TiO2固体超强酸催化剂表征

3.5 S2O82-/TiO2固体超强酸催化废弃油脂预酯化反应

3.5.1 焙烧温度的影响

3.5.2 浸渍液浓度的影响

3.5.3 S2O82-/TiO2固体超强酸催化不同酸值高酸值废弃油脂预酯化反应

3.5.4 S2O82-/TiO2固体超强酸催化剂表征

3.6 三种固体超强酸催化剂催化废弃油脂预酯化反应的比较

3.7 固体超强酸催化剂的重复使用与再生

3.7.1 固体超强酸催化剂的重复使用

3.7.2 固体超强酸催化剂的再生

3.8 小结

第四章 表面活性剂对废弃油脂预酯化反应的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 原料和试剂

4.2.2 分析方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 不同表面活性剂对废弃油脂预酯化反应的影响

4.3.2 多组分共同作用下催化废弃油脂预酯化反应

4.4 小结

第五章 结论

致谢

发表论文情况

参考文献