新型催化剂制备生物柴油及动力学研究

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1、西北大学硕士学位论文新型催化剂制备生物柴油及动力学研究姓名：李国平申请学位级别：硕士专业：分析化学指导教师：申烨华20090610摘要生物柴油是以动植物油等为原料制成的清洁液体生物燃料，是优质的石油柴油代用品。工业生产中常采用碱催化酯交换法制各生物柴油，但原料油中的游离脂肪酸和水分往往会导致产生较多的皂化物，影响生物柴油和甘油的分离，降低了生物柴油的产率。研究小组开发的新型生物柴油催化剂SXL较好地解决了上述问题。本研究优化了粗菜籽油制备生物柴油的实验室小试条件并在20L反应釜中进行放大研究，考察了SXL催化猪油制备生物柴油的催化性能，并对新型催化剂SXL制备生物柴油的动力学进行研究。论文

2、主要包括以下内容：对生物柴油催化剂的种类、动力学研究和动物油制备生物柴油的研究现状进行了概述。首先，在实验室小试条件下，以1009粗菜籽油为原料油，醇油比5：1～8：1、催化剂用量为O．5％～4．0％、反应温度为40"-'60℃、反应时间为1"-'-'3h下，原料‘油转化率、生物柴油产率和甘油产率均达到98％以上。放大实验是在20L反应釜中，以小试条件为基础，投入6．5kg粗菜籽油，原料油转化率、生物柴油产率和甘油产率均在95％以上。其次，利用新型催化剂SXL催化猪油酯交换反应，醇油比10：1～16：1、催。化剂用量为0．5％～3．0％、反应温度为50～60℃、反应时间为30～80min时

3、，生物柴油转化率和产率可达98％以上。对粗菜籽油放大条件和猪油小试条件下制得的生物柴油进行结构表征，结果表明酯交换产物均为脂肪酸甲酯，菜籽油制备的生物柴油主要由油酸甲酯和亚油酸甲酯等组成；猪油制备的生物柴油主要由油酸甲酯、棕桐酸甲酯和硬脂酸甲酯等组成。最后，以精制菜籽油和甲醇为原料，考察新型催化剂SXL作用下的酯交换反应动力学。结果表明，在40-,-,60。C范围内，反应速率随反应温度升高而增大；催化剂用量在2．2％时反应速率较快，产率较高；在SXL催化下，醇油比在16：1时，在较短的反应时间内可达到较高产率；与传统强碱性催化剂NaOH相比，催化剂SXL有效避免皂化现象的发生，性能更为优异

4、。通过假设求证可得到新型催化剂SXL作用下的酯交换反应整个过程是从二级反应向零级反应转变，酯交换反应的平均活化能为35．33kJ／mol，阿伦尼乌斯经验式中频率因子l(o为4．73×105L／(mol·rain)。关键词：生物柴油，新型催化剂，酯交换反应，动力学AbstractAsakindofcleaningliquidsfuel，biodieselismadefromvegetableoilsandanimalfats，anditisanexcellentsubstituteoffuel．Biodieselwaspreparedthroughtransesterificationusi

5、ngalkaliascatalystinindustrialproduction．Rawmaterialsmaycontainlittleamountsoffreefattyacidsandmoisture，butthesecatalystswillleadtotheproductionofmorefatsoapwhicheffectedtheseparationbetweenbiodieselandglycerolandthusreducetheyieldofbiodiesel．Ourgroupdiscoveredanewbiodieselcatalyst，SXL，whichhadsol

6、vedtheaboveproblems．Inthispaper,theexperimentalandpilot—testconditionswereoptimizedbyusingthecruderapeseedoilasrawmaterial，andcapabilityoftheSXLforbiodieselmadefromanimalfatswasalsostudied．ThekineticsofthetransesterificationunderSXLwasalsoanalysed．Thecontentsinthispaperwereasfollows：Theresearcheso

7、ntypesofbiodieselcatalysts，kineticstudiesandpreparationofbiodieselfromanimaloilweresummarized．Firstly，atasmallscale，thereactionwerethatwhentheamountofoilwaslOOg，alcohol—oilratiowas5：1-～8：1，theamountofcatalystwasO