制备生物柴油的钙基固体碱催化剂研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文制备生物柴油的钙基固体碱催化剂研究论文作者：付希学生类别：全日制学科门类：工程硕士学科专业：化学工程指导教师：侯凯湖职称：教授资助基金项目：（必要时填写）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologySTUDYONCALCIUM-BASEDSOLIDBASECATALYSTFORBIODIESELPRODUCTIONByFuxiS

2、upervisor:Prof.HouKaihuMay2017摘要本文分别采用共沉淀法和溶胶凝胶法制备了CaO-ZnO固体碱催化剂，以大豆油和甲醇为反应原料评价了催化剂的催化性能，较系统地考察了CaO-ZnO固体碱催化剂的制备条件对催化剂性质和催化性能的影响；考察了醇油摩尔比、催化剂用量等反应条件对酯交换反应的影响；初步研究了催化剂的改性、活化及再生等。共沉淀法制备CaO-ZnO固体碱催化剂的研究结果表明，催化剂的适宜制备条件为：NaOH/Na2CO3摩尔比0.75:1，Ca/Zn摩尔比1:1，焙烧温度850℃

3、，焙烧时间5h。以柠檬酸为络合剂，溶胶凝胶法制备CaO-ZnO固体碱催化剂的适宜条件为：水的相对添加量为320mL⋅mol-1，氨水相对添加量为5mL⋅mol-1，Ca/Zn摩尔比1:1，焙烧温度750℃，焙烧时间4h。在上述条件下制备的CaO-ZnO固体碱催化剂具有较高的催化性能。两种方法制备的催化剂的比表面积均较小，相对来说，以溶胶凝胶法制备的催化剂具有较大的比表面积，有利于大分子植物油与催化剂的充分接触。催化剂的活性评价和SEM、BET、CO2-TPD等表征结果表明，对于大豆油和甲醇酯交换反应，碱量与催

4、化剂的催化性能之间没有较为明显的规律；催化剂中大孔的存在有利于植物油分子进入孔道而使催化剂的表面活性位得以有效利用。反应条件对大豆油和甲醇酯交换反应影响的实验结果表明，适宜的反应条件为醇油摩尔比30:1、催化剂用量为大豆油质量的6%、反应温度70℃、反应时间90min；在此条件下，在两个方法所制备的催化剂上的甘油收率均高于90%；与共沉淀法制备的催化剂相比，溶胶凝胶法制备的催化剂具有相对较高的催化活性；所制备的催化剂重复使用五次后，其催化效果均没有明显下降，即所得催化剂具有较优异的稳定性。催化剂的改性研究结果

5、表明，采用10wt%甘油-甲醇混合溶液对催化剂进行活化处理可有效地缩短反应诱导期；与新鲜催化剂相比,高温再生催化剂的催化性能未见明显下降。在反应温度65℃、醇油摩尔比42:1、空速3h-1的连续反应条件下，甘油收率达90%以上。关键词：CaO-ZnO固体碱；酯交换；生物柴油；共沉淀法；溶胶凝胶法IABSTRACTCaO-ZnOsolidbasecatalystswerepreparedbyco-precipitationmethodandsol-gelmethodrespectively.Thecatalyt

6、icperformanceofcatalystswasevaluatedbyusingsoybeanoilandmethanolasfeeds.ThepreparationconditionsofCaO-ZnOsolidbasecatalystsweresystematicallyinvestigated.Theeffectsofreactionconditionssuchasmethanol/oilmolarratioandcatalyst/oilmassratioonthetransesterificat

7、ionwereinvestigated.Theeffectsofcatalystsmodification,activationandregenerationwerealsostudied.Theresultsofthecatalystpreparationshowthatthesuitablepreparationconditionsofco-precipitationmethodareasfollows,NaOH/Na2CO3molarratio=0.75:1,Ca/Znmolarratio=1:1,ca

8、lcinationtemperature850℃,calcinationtime5h.Usingcitricacidascomplexingagent,thesuitableconditionsofsol-gelmethodfortheCaO-ZnOsolidbasecatalystpreparationareasfollows,V(Water)/n(∑Mn+)=320mL⋅mol-1,V(Ammo