用于生物柴油制備的自然成型炭基催化劑研究.pdf

1、在酯交換法生產生物柴油的過程中,通常采用液體酸為催化劑,存在易乳化、工業(yè)廢水和廢渣多、環(huán)境污染大、工藝復雜等問題。炭基固體酸催化劑是一種新的固體酸催化劑,表現(xiàn)出較高的催化效率和穩(wěn)定性,但基本都是以糖和淀粉類為原料制得的粉末材料,存在易破碎、難成型的缺點。如能以自然成型的生物質為原料,制成具有工業(yè)應用形狀要求的炭基固體酸催化劑,用于生物柴油的合成,就可基本實現(xiàn)完全由生物材料獲得生物柴油的過程,具有重要理論價值和工業(yè)應用前景。
　　

2、 本論文選擇林產廢棄的圓形南酸棗核為催化劑原料,采用濃硫酸浸泡法、炭化磺化法和活化炭化磺化法三種制備工藝,獲得一系列自然成型的炭基固體酸催化劑,以酯交換反應為評價手段,探討了制備工藝參數(shù)對催化劑機械強度、穩(wěn)定性和催化性能的影響,確定較好的制備方法和制備條件。
　　 考察三種制備方法中磺化時間,磺化溫度對催化劑酸量的影響。得出濃硫酸浸泡法制備的自然成型炭基固體酸催化劑的適宜條件為在室溫下浸泡硫酸10h后,加熱100℃,時間為3h,

3、催化劑酸量達到約3.4mmol／g,但是強度卻只有24.9N。炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑的適宜條件為在炭化溫度500℃,恒溫時長3h,磺化溫度為120℃,磺化時間為3h。催化劑酸量達到0.39mmol／g,強度達到148.2N?；罨炕腔ㄖ苽渥匀怀尚吞炕腆w酸催化劑的適宜條件為在炭化溫度500℃,恒溫時長3h,磺化溫度為100℃,磺化時間為2h。催化劑外型完整,催化劑酸量達到O.58mmol／g,強度達到150.2N。

4、
　　 掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)分析結果表明:三種方法制備的炭基固體酸催化劑都是由不規(guī)則的形狀無定形炭顆粒組成。熱重分析(TG)結果表明,活化炭化磺化法在220℃下都具有優(yōu)良的穩(wěn)定性,用炭化磺化法和濃硫酸浸泡法制備的炭基固體酸催化劑在100℃下較為穩(wěn)定性。紅外光譜分析(TG-IR)結果表明,三種制備方式制備的炭基固體酸催化劑磺化后的稠環(huán)分子結構上引入了磺酸基團?；罨炕腔ê吞炕腔ㄖ苽涞拇呋瘎┑臋C械強度和水

5、熱穩(wěn)定性相當,經過72h的水熱反應后,強度下降15％和13％；由于稠環(huán)分子結構上磺酸基團脫附的因為,酸量下降分別為15％和27％。
　　 采用活化炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑催化酯交換反應,考察反應時間,反應溫度,醇／油摩爾比,催化劑的用量對生物柴油收率的影響,并由正交試驗確定較優(yōu)反應條件為:醇油摩爾比為10:1,反應時間為8h,反應溫度為70℃,催化劑用量為7.67％(催化劑質量:大豆油質量)。此時生物柴油的收率為

6、96.37％。
　　 最后考察了由活化炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑重復使用性能,由回收的催化劑的未經處理直接使用情況得知,催化劑重復使用5次后生物柴油的收率仍可達到75％左右。
　　 活化炭化磺化法制備的自然成型炭基固體酸催化劑穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好和價格低廉,表現(xiàn)出較好的催化活性,易回收重復利用,容易與反應體系分離。在制備生物柴油時能減少制備工藝,縮短在分離生生物柴油和催化劑時所消耗的時間和生成物的浪費,提高