磺酸基团功能化修饰固体酸的制备及其在生物柴油反应中的应用

摘要

生物柴油是指利用生物油脂生产的生物燃料,主要成分为长链脂肪酸的单烷基酯,可以替代化石柴油用于运输或作为燃料。其原料主要为大豆油、菜籽油等纯植物油,由于价格昂贵使生物柴油的成本远高于化石柴油,限制了生物柴油工业的长期发展。利用废食用油脂制造生物柴油,对降低生物柴油成本和合理利用废食用油脂都十分有利。将废油和甲醇混合,通过酸催化,废油中的游离脂肪酸和甘油三酯能非常高效地转化为脂肪酸甲酯。本课题主要分为两个部分:
　　第一部分,制备了LiAl水滑石固体碱用于催化精制油脂（甘油三酯为主要成分）的酯交换反应,通过XRD、SEM等手段对催化剂进行了表征。
　　第二部分,制备了磺酸根修饰的碳多苯环负载于介孔硅基上复合固体酸C/CS-SO3H和磺酸根修饰的介孔高聚物FDU-15-SO3H等两种固体酸材料。
　　利用XRD、SEM、TEM、氮气吸脱附、TG、IR和酸碱滴定等表征手段对它们的结构、酸性等性质进行了表征,通过大豆油酯交换反应考察了磺化条件对复合固体酸C/CS-SO3H结构和反应活性的影响,同时还探讨了这两种固体酸材料催化棕榈酸和甲醇的酯化反应,以及大豆油和甲醇的酯交换反应的优化条件,最后并催化剂用于催化含酸废油的酯交换反应。这两种固体酸材料在生物柴油合成反应中表现出了优于其他酸材料的催化活性,其中磺酸根修饰的酚醛树脂高聚物介孔材料FDU-15以其规整孔道、高比表面、良好的亲油性和丰富的酸性位等优越性显示了非常好的应用前景。

目录

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第一章 研究背景

1.1 固体酸的分类及在有机反应中的催化

1.2 生物柴油的合成

1.2.1 生物柴油的合成原料

1.2.2 生物柴油的合成方法

1.2.3 酯交换反应的催化

1.3 生物柴油发展现状

1.3.1 国外生物柴油发展现状

1.3.2 国内生物柴油发展现状

1.4 课题选题的目的及意义

参考文献

第二章 水滑石固体碱的制备及其在生物柴油生产中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要化学试剂及原料

2.2.2 催化剂制备

2.2.3 催化剂表征

2.2.4 催化反应

2.3 结果与讨论

2.3.1 不同Mg-Al配比的Mg-Al水滑石催化大豆油酯交换

2.3.2 杂金属类水滑石催化大豆油酯交换

2.3.3 Li-Al水滑石催化大豆油酯交换反应的最优条件考察

2.4 结论

参考文献

第三章 基于介孔硅基材料的固体碳磺酸的制备及其在生物柴油生产中的应用研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要化学试剂及原料

3.2.2 催化剂制备

3.2.3 催化剂表征

3.2.4 催化反应

3.3 结果与讨论

3.3.1 最优磺化条件考察

3.3.2 C/CS-SO_3H系列复合固体酸的结构和酸强度的表征

3.3.3 碳负载量的优化考察

3.3.4 25%C/CS-SO_3H在酯化反应和酯交换反应中的应用

3.4 结论

参考文献

第四章 磺酸基功能化介孔聚合物固体酸的合成及其在生物柴油生产中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要化学试剂及原料

4.2.2 催化剂制备

4.2.3 催化剂表征

4.2.4 催化反应

4.3 结果与讨论

4.3.1 样品表征

4.3.2 FDU-15-SO_3H酯化反应和酯交换反应条件的考察

4.3.3 FDU-15-SO_3H与其它酸催化剂的比较

4.3.4 FDU-15-SO_3H在含酸油酯交换反应中的应用

4.3.5 FDU-15-SO_3H的重复利用

4.4 结论

参考文献

总结

在读期间科研成果情况

致谢