简论催化剂固体碱催化废弃煎炸油制备生物柴油

摘要：人类对能源需求量的增加和矿物资源的短缺以及环境保护的必要性产生的矛盾迫切要求寻找环境友好的可再生能源。生物柴油，即由植物油脂或动物脂肪与甲醇等低碳醇进行反应生成的脂肪酸甲酯(FAME)，作为典型的“绿色能源”，具有含硫量低，燃烧排出的二氧化硫、硫化物等有害气体比化石燃料少，原料来源广泛，可再生性高等优点，是理想的替代燃料。本探讨合成了不同类型的钙基固体碱催化剂，并将其用于废弃煎炸油(WFO)制备生物柴油，探讨了原料油的预处理历程，催化剂的制备、表征以及催化剂活性组分的流失等不足，主要探讨成果有：(1)对废弃煎炸油进行了纯化。餐饮加工历程中产生的废弃煎炸油成分复杂且游离脂肪酸含量较高，酸值为1.200~1.900mgKOH·g~(-1)(油)，经脱胶、脱酸以及脱色处理，不同批次原料油处理后酸值在0.256~0.874mgKOH·g~(-1)(油)范围内，皂化值在196.8~198.7mgKOH·g~(-1)(油)之间，平均相对分子量为848.5~859.0g·mol~(-1)，满足生物柴油对原料油的要求。(2)合成了不同类型的钙基催化剂，比较了其催化废弃煎炸油制生物柴油的效果。通过沉淀法制备了具有特殊介孔球结构的CaCO_3，经过高温煅烧得到本实验所用的钙基催化剂的前驱体。利用研磨法、共沉淀法和等体积浸渍法制备了KF/CaO、CaO-Al_2O_3、CaO-硅藻土和CaO-MgO4个系统的固体碱催化剂，并将其用于催化废弃煎炸油制备生物柴油中。结果显示采取研磨法制备的CaO-Al_2O_3(4.5:1)的催化剂具有最好的催化效果。在常规反应条件下(醇油比9:1、催化剂用量3wt%、反应时间40~60min、反应温度60~65℃、m(正己烷):m(油)=0.6)，生物柴油产率达98%以上。催化剂具有很好的稳定性，利用后不做处理，直接用于下一次酯交换反应，可重复利用70次。CaO-Al_2O_3(4.5:1)的催化剂的SEM和BET结果显示催化剂呈多孔网状结构，比表面积为15.971m2·g~(-1)，XRD显示CaO和Al_2O_3键合生成新晶相钙铝石Ca12Al14O33。(3)所制备的生物柴油的质量达到生物柴油调合燃料(B5)国家标准(GB/T25199-2010)的要求。根据GB/T25199-2010进行生物柴油产品检测，得到生物柴油的密度为880kg·m~(-3)，冷滤点为3℃，闭口闪点为80℃，运动粘度为6.790mm2·s~(-1)(20℃)，十六烷值45，满足国标要求。另外，通过ICP-AES考察固相催化剂中Ca~(2+)的流失情况，结果表明尽管CaO-Al_2O_3复合催化剂的催化性能远远高于CaO自身，但是Al_2O_3的加入并未对Ca~(2+)的流失起到抑制作用。关键词：生物柴油论文固体碱催化剂论文钙基催化剂论文废弃煎炸油论文

摘要5-7

Abstract7-11

1 文献综述11-28

1.1 生物柴油的概述11-17

1.1.1 生物柴油的概念及特性11-12

1.1.2 生物柴油的原料来源12-13

1.1.3 生物柴油的国内外生产和利用近况13-17

1.2 生物柴油的制备策略17-21

1.2.1 直接混合法18

1.2.2 微乳法18-19

1.2.3 高温热裂解法19

1.2.4 酯交换法19-21

1.3 生物柴油制备中的固体碱催化剂21-26

1.3.1 固体碱催化剂的特点21-22

1.3.2 固体碱催化剂的分类22-26

1.4 本论文探讨目标与探讨内容26-28

2 实验部分28-36

2.1 仪器及试剂28-29

2.1.1 主要仪器28

2.1.2 试剂28-29

2.2 原料来源、纯化及其物性测定29-31

2.2.1 原料来源及纯化29

2.2.2 纯化油的物性测定29-31

2.3 固体碱催化剂的制备及表征31-33

2.3.1 钙基固体碱催化剂的制备31-33

2.3.1.1 CaCO_3及 CaO 的制备31

2.3.1.2 KF/CaO 固体碱催化剂的制备31

2.3.1.3 CaO-Al_2O_3固体碱催化剂的制备31-32

2.3.1.4 CaO-硅藻土固体碱催化剂的制备32

2.3.1.5 CaO-MgO 固体碱催化剂的制备32-33

2.3.2 固体碱催化剂的表征33

2.3.2.1 红外光谱（IR）33

2.3.2.2 X 射线衍射浅析(XRD)33

2.3.2.3 电镜浅析(SEM/TEM)33

2.3.2.4 比表面积测定(BET)33

2.4 固体碱催化合成生物柴油33-34

2.5 生物柴油产品性质检验34-36

2.5.1 生物柴油成分浅析34

2.5.2 ICP-AES 法测定 Ca2+含量34-35

2.5.3 生物柴油物理性质检测35-36

3 结果与讨论36-55

3.1 原料油物性浅析36-37

3.1.1 原料油纯化前后酸值浅析36-37

3.1.2 纯化油皂化值浅析及平均分子量的计算37

3.2 钙基催化剂性能及浅析评价37-51

3.2.1 KF/CaO 固体碱催化剂的催化性能及表征结果38-42

3.2.2 CaO-Al_2O_3固体碱催化剂的催化性能及表征结果42-48

3.2.3 CaO-硅藻土固体碱的催化性能评价48-49

3.2.4 CaO-MgO 固体碱催化剂性能评价49-50

3.2.5 钙基固体碱催化剂小结50-51

3.3 生物柴油产品性质浅析51-55

3.3.1 生物柴油成分浅析结果51-53

3.3.2 生物柴油物理性质检测结果53-54

3.3.3 生物柴油中 Ca2+含量测定及浅析54-55

4 结论55-56