新型钙基固体碱的制备及用于生物柴油的研究【开题报告】

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1、毕业设计开题报告化学工程及工艺新型钙基固体碱的制备及用于生物柴油的研究一.综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着社会的进步和工业化的快速发展，人类对能源的依赖越来越大。同时世界范围内车辆柴油化趋势的加快，将来人们对柴油的需求量还会进一步的增大，而石油资源正日益枯竭，同时人们的环保意识也在迅速的提高，这就大大促进了世界各国对可再生环保资源替代化石燃料的开发进度。特别是进入20世纪90年代以后，来源于动物油脂的生物柴油（脂肪酸甲酯）以其优越的环保、可再生以及类似化石柴油的动力和燃烧特性受到世界各国的广泛重视。生物柴油是脂肪酸单醇酯的混合物，通常是脂肪酸甲酯的

2、混合物，其可通过动植物油脂经酯交换反应或酯化反应来获得。研究和实践证实，得自于动植物油脂的脂肪酸甲酯在燃烧特性上与石化柴油的各项指标非常接近[1]。因此其可单独或与石化柴油混合后在柴油机中加以使用。由于生产生物柴油的原料来自于动物或植物油脂，因此生物柴油无疑是一种可再生的资源，其与太阳能、风能、潮汐能一道被成为21世纪最有发展潜力的可再生资源。并且与其它三种能源相比，生物柴油更具有易储备、来源广和不受当时自然因素影响等优点[2]。目前工业生产生物柴油主要应用酯交换法，酯交换法是由动植物油和低碳醇在催化剂的作用下进行反应，生成脂肪酸和甘油。目前工业上一般采用NaOH、

3、KOH、NaOCH3等均相催化剂进行催化反应，这些均相催化剂的优点是反应速度快，缺点是产品后处理复杂，并且易产生三废，造成环境污染。而采用非均相催化剂酯交换法制备生物柴油，得到的产品与催化剂易分离，副产物甘油的纯度高，无需多次水洗，避免了大量废液的排放，有效减少了环境污染。目前已有不少关于固体碱制备生物柴油的工艺的研究报道，李为民[3]等研究了Mg-Al复合氧化物制备生物柴油的最佳工艺条件，；陈和[4]采用固体碱催化棉籽油酯交换反应制备了是生物柴油；孟鑫[5]等将KF/CaO作为强碱性催化剂用于油脂的酯交换反应制备生物柴油，生物柴油收率达90%。但这些制备方法都存在

4、一个比较大的问题，就是在反应的过程中其催化剂的金属离子都有一定程度的溶出，这样也使得生产出的生物柴油不够干净，目前工业上主要采用水洗的方法来处理，这就需要有大量的水来进行后处理，比较浪费资源和污染环境。为了解决这些后处理的问题，哈尔滨哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院的任勃,李茹民,董国君[6]等人在《CaO/ZrO2固体碱的制备及催化合成碳酸二异辛酯》的研究中指出，以ZrO2·xH2O和硝酸钙为原料制取CaO/ZrO2固体碱，再以CaO/ZrO2固体碱为催化剂,碳酸二甲酯、异辛醇为原料,通过酯交换反应合成碳酸二异辛酯。利用XRD对催化剂进行了结构表征,实验结果表

5、明,催化剂在活化温度873K,质量分数为1.5%的条件下,产品收率达到62.2%.使用6次后,产品收率仍可达59.8%.利用红外光谱、核磁共振对产品进行分析,结果显示,产品中无副产物,纯度较高。CaO/ZrO2固溶体具有良好热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于陶瓷材料和耐火材料，但作为固体碱的研究比较少。王慧[7]等人用共沉淀法制备CaO/ZrO2，并用于碳酸丙烯酯和甲醇酯交换合成碳酸二甲酯的酯交换反应，发现CaO含量为10%～30%（摩尔分率，下同）的CaO/ZrO2，在催化精馏装置反应200h过程中，反应转化率维持在95%左右，显示出高活性和高稳定性；当CaO/Z

6、rO2中CaO含量为40%和50%时，反应200h后，反应转化率从开始的98%以上分别下降到80%和70%；他们还发现当CaO含量为10%～30%时，形成连续、均一的CaO/ZrO2固溶体；而当CaO含量高于30%时，CaO在表面富集，出现游离的CaO和CaZrO3，此时催化剂的表面碱性表现出CaO的强碱性。王慧【7】等人的研究表明：CaO/ZrO2可作为固体碱用于酯交换反应，CaO/ZrO2固溶体的碱强度小于CaO，CaO/ZrO2催化剂上出现游离CaO后，尽管碱性增强、催化活性提高，但稳定性下降。从以上的研究中我们得出启示，我们能否借鉴该反应，以CaO/ZrO2

7、固体碱催化剂来催化合成生物柴油。由于CaO/ZrO2固体碱具有较强的碱性，这样可以适合合成生物柴油工艺过程中的酯交换反应所需的碱性条件，我们可以试图尝试将CaO/ZrO2固体碱催化剂植入到合成生物柴油的工艺中去。但是这样我们将面临一个新的问题：CaO/ZrO2固体碱的碱性能够催化合成生物柴油的酯交换反应，虽然可以有效解决固体碱催化剂金属溶出问题，但由于碱性减弱，那么它的催化效果如何，是否达到生产要求，这使得我们对CaO/ZrO2固体碱研究产生了疑问。那么，如何进一步提高CaO/ZrO2固溶体的碱性，以获得用于合成生物柴油的高稳定高活性固体碱？目前，一些研究者对C