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【6h】

炭基固体酸催化花椒籽油制备生物柴油的研究

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目录

摘要

1 前言

1.1 生物柴油概述

1.1.1 生物柴油的起源

1.1.2 生物柴油的优势

1.2 生物柴油在国内外的发展现状

1.2.1 国外生物柴油的发展现状

1.2.2 我国生物柴油的发展现状

1.3 生物柴油生产的原理和工艺

1.3.1 直接混合法

1.3.2 微乳液法

1.3.3 高温裂解法

1.3.4 酯交换法

1.4 生物柴油的标准

1.5 生物柴油的原料

1.5.1 花椒

1.5.2 麻风树

1.5.3 蓖麻

1.5.4 油桐

1.5.5 乌桕

1.5.6 光皮树

1.5.7 黄连木

1.5.8 文冠果

1.6 本课题研究目的及内容

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容

2 花椒籽油理化性质的测定与组分分析

2.1 材料与方法

2.1. 1 试剂及仪器

2.1.2 花椒籽毛油的脱胶处理

2.1.3 理化性质的测定

2.1.4 花椒籽油脂肪酸组分分析

2.2 结果与讨论

2.2.1 脱胶处理

2.2.2 花椒籽油理化性质的测定结果

2.2.3 花椒籽油脂肪酸成分及含量

2.3 本章小结

3 炭化甘油制备固体酸催化剂及其催化花椒籽油酯化反应的研究

3.1 材料与方法

3.1.1 试剂与仪器

3.1.2 甘油炭基固体酸催化剂的制备方法

3.1.3 催化剂的表征

3.1.4 酯化反应

3.2 结果与讨论

3.2.1 催化剂的表征结果

3.2.2 酯化降酸的单因素研究

3.2.3 酯化反应工艺的优化

3.2.4 催化剂重复利用性能的考察研究

3.2.5 催化剂活性降低原因的讨论

3.3 本章小结

4 花椒籽油制备固体酸催化剂及其催化花椒籽油酯化反应的研究

4.1 材料与方法

4.1.1 试剂与仪器

4.1.2 花椒籽油炭基固体酸催化剂的制备方法

4.1.3 催化剂的表征

4.1.4 酯化反应

4.2 结果与讨论

4.2.1 催化剂的表征结果

4.2.2 酯化反应的单因素研究

4.2.3 酯化反应工艺的优化

4.3 本章小结

5 炭基固体酸催化花椒籽油一步法制备生物柴油的研究

5.1 材料与方法

5.1.1 试剂与仪器

5.1.2 一步法制备生物柴油

5.1.3 生物柴油性能的测定与分析

5.2 结果与讨论

5.2.1 一步法制备生物柴油的单因素研究

5.2.2 一步法制备生物柴油工艺的优化

5.2.3 催化剂重复利用性的考察

5.2.4 催化剂活性降低原因的分析

5.2.5 花椒籽油生物柴油的性能结果

5.2.6 花椒籽油生物柴油的成本核算

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

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摘要

生物柴油作为绿色可再生能源,具有生物可降解、燃烧污染物少等特点,作为石化柴油的替代品而备受世界各国关注。但是生产原料制约着其发展,尤其我国的国情不允许使用食用油作为原料,于是寻求一种价格低廉、可用于工业化生产的非食用油或草(木)本油料极其重要。花椒籽是花椒的副产物,含油量为27~31%,来源广泛,但应用很少。因而以花椒籽油为原料制备生物柴油,既增加了花椒籽的利用率,又可缓解石化燃料短缺的危机。由于花椒籽油的酸值较高,需要进行预酯化降酸处理。常用于酯化反应的酸性均相催化剂,存在着腐蚀设备、不能重复使用等问题。因此,设计价格低廉、活性好、可以重复使用的多相催化剂成为目前研究的热点。
  本论文以甘油为碳源,通过炭化-磺化法制备了炭基固体酸催化剂,并将其应用于催化花椒籽油和甲醇的酯化反应。通过单因素实验考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度、反应时间等因素对酯化反应的影响,并采用正交试验确定最佳工艺条件。结果表明:该催化剂具有良好的催化活性,在醇油摩尔比40∶1,催化剂用量为油重的10.0%,反应温度75℃,反应时间3.5h的条件下,油的酸值由73.75mgKOH/g降为1.63mgKOH/g,满足下一步酯交换反应的条件。
  在此基础上以花椒籽油为碳源制备了炭基固体酸催化剂,并将其用于催化花椒籽油的酯化反应。通过单因素实验考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度、反应时间等因素对酯化反应的影响,并由正交试验确定酯化反应的最佳工艺条件。结果表明:该催化剂具有较高的活性,在醇油摩尔比30∶1,催化剂用量为油重的12.0%,反应温度60℃,反应时间4.5h的条件下,花椒籽油的酸值降到1.76mgKOH/g,满足后期酯交换反应条件。
  以炭化花椒籽油制备的炭基固体酸为催化剂,研究了一步法同时酯化和酯交换反应制备生物柴油。通过单因素实验对醇油摩尔比、催化剂用量、反应温度、反应时间等因素进行考察,并由正交试验确定最佳工艺条件。结果表明:在醇油摩尔比30∶1,催化剂用量为油重的8.0%,反应温度为160℃,反应时间3.0h的条件下,生物柴油的产率达到96.30%。
  对一步法制备生物柴油进行放大实验,将得到的生物柴油采用国家标准进行测定,评价其质量。结果表明其主要的理化性质指标满足柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)(GB/T20828-2015)的标准。

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