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固体酸碱催化剂催化油脂酯交换反应活性的研究

作　者: 王涛
导　师: 谢文磊
学　校: 河南工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 酯交换固体酸催化活性 WO3/SnO2 CaO-Fe2O3
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

制备了WO₃/SnO₂和CaO-Fe₂O₃两种固体催化剂,并用来催化大豆油的甲醇解反应,探讨了反应条件,包括醇油摩尔比,催化剂用量,反应时间,反应温度,游离脂肪酸含量和水分含量对转化率的影响;研究了催化剂的制备条件,包括煅烧温度和负载量对催化活性的影响;测试了催化剂重复使用后的催化活性;采用扫描电子显微镜（SEM）,红外光谱（IR）,X-射线衍射分析（XRD）和差热-热重（DSC-TG）手段对所制备的固体催化剂进行了表征。实验结果表明,WO₃/SnO₂催化大豆油甲醇解的最适反应条件是醇油摩尔30:1,催剂用量5wt.%,反应时间5h,最适催化剂制备条件为:负载量30wt.%W,煅烧温度1173K,大豆油转化率达79.1%;当向酯交换反应体系中加入一定量的游离脂肪酸和水的时候,WO₃/SnO₂的催化活性受到的影响较小,并且该催化剂能同时催化酯交换和酯化反应。CaO-Fe₂O₃催化大豆油甲醇解的最适反应条件是醇油摩尔比15:1,催化剂用量4wt.%,反应时间4h,最适制备条件为煅烧温度1073K,转化率达92.63%。SEM、XRD、IR以及DSC-TG分析结果表明,WO₃/SnO₂催化剂的活性与W活性中心的存在状态密切相关,当过分提高煅烧温度或者增加W负载量时,会导致载体SnO₂表面出现大量的WO₃微晶聚集,从而使催化剂活性降低;对于CaO-Fe₂O₃催化剂,过量的增加Ca含量,会导致载体表面出现大量CaO微晶聚集,从而使催化剂活性降低。对催化剂重复利用的研究结果表明,WO₃/SnO₂催化剂随着重复使用次数的增加,催化活性逐渐降低,三次使用之后大豆油转化率下降为54.3%;固体碱CaO-Fe₂O₃在催化大豆油酯交换反应中显示出很好的稳定性,经5次重复利用后催化活性仍能保持在90%左右。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章前言  10-20
  1.1 生物柴油的生产方法  10-15
    1.1.1 直接混合法  10-11
    1.1.2 微乳化法  11
    1.1.3 高温热裂解法  11
    1.1.4 酯交换法  11-15
      1.1.4.1 碱催化酯交换法  12-13
      1.1.4.2 酸催化酯交换法  13-14
      1.1.4.3 酶催化酯交换法  14
      1.1.4.4 超临界酯交换法  14
      1.1.4.5 其他方法  14-15
  1.2 固体酸催化油脂酯交换反应研究现状  15-17
  1.3 固体碱催化油脂酯交换反应研究现状  17-19
  1.4 本课题的研究目的和意义  19-20
第二章实验材料与方法  20-30
  2.1 主要原料及仪器  20-22
    2.1.1 主要原料  20-21
    2.1.2 主要仪器  21-22
  2.2 溶液的配制  22
    2.2.1 HCl 标准溶液的配制及标定  22
    2.2.2 KOH/乙醇溶液的配制及标定  22
    2.2.3 吡啶－乙酸酐溶液的配制  22
    2.2.4 中性正丁醇的配制  22
  2.3 实验方法  22-24
    2.3.1 固体催化剂的制备  22-23
      2.3.1.1 W0_3/SnO_2 固体酸的制备  22
      2.3.1.2 CaO-Fe_2O_3 固体碱催化剂的制备  22-23
    2.3.2 固体催化剂催化大豆油酯交换反应和油酸酯化反应  23
    2.3.3 固体催化剂的重复利用  23
    2.3.4 固体催化剂的表征  23-24
      2.3.4.1 扫描电子显微镜(SEM)  23
      2.3.4.2 X 射线粉末衍射(XRD)  23
      2.3.4.3 红外光谱(IR)  23-24
      2.3.4.4 热分析(DSC-TG)  24
  2.4 分析方法  24-30
    2.4.1 大豆油的分析  24
      2.4.1.1 大豆油脂肪酸组成的分析  24
      2.4.1.2 酸值的测定  24
      2.4.1.3 大豆油平均分子量的确定  24
    2.4.2 核磁共振谱分析  24-25
    2.4.3 核磁共振氢谱法  25-26
    2.4.4 大豆油甲醇解后混合产物羟值的测定  26
    2.4.5 大豆油转化率的计算  26-29
      2.4.5.1 羟值测定法  26-28
      2.4.5.2 测折光率法  28-29
    2.4.6 游离脂肪酸（油酸）转化率的计算  29-30
第三章 W0_3/SnO_2催化大豆油酯交换反应  30-47
  3.1 大豆油的分析  30
  3.2 催化剂的筛选  30-31
  3.3 催化剂制备条件对转化率的影响  31-33
    3.3.1 负载量对转化率的影响  31-32
    3.3.2 煅烧温度对转化率的影响  32-33
  3.4 催化剂的表征  33-40
    3.4.1 SEM 分析  33-35
    3.4.2 XRD 分析  35-37
    3.4.3 DSC-TG 分析  37
    3.4.4 IR 分析  37-40
  3.5 反应条件对转化率的影响  40-45
    3.5.1 醇油摩尔比对转化率的影响  40-41
    3.5.2 催化剂用量对转化率的影响  41
    3.5.3 反应时间对转化率的影响  41-42
    3.5.4 反应温度对转化率的影响  42-43
    3.5.5 游离脂肪酸对转化率的影响  43-44
    3.5.6 水分含量对转化率的影响  44
    3.5.7 催化油酸酯化反应  44-45
  3.6 催化剂的重复利用  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章：CaO-Fe_2O_3催化大豆油酯交换反应  47-62
  4.1 催化剂的筛选  47-48
  4.2 催化剂制备方法对转化率的影响  48-52
    4.2.1 制备方法对活性和稳定性的影响  48-49
    4.2.2 沉淀剂对催化剂活性的影响  49
    4.2.3 前驱化合物对催化剂活性的影响  49-50
    4.2.4 催化剂不同摩尔配比对转化率的影响  50-51
    4.2.5 催化剂的活化温度对转化率的影响  51-52
  4.3 催化剂的表征  52-58
    4.3.1 XRD 分析  52-55
      4.3.1.1 不同制备方法的样品XRD 分析  52-53
      4.3.1.2 不同前驱物的样品XRD 分析  53-54
      4.3.1.3 不同钙铁摩尔配比样品的XRD 分析  54
      4.3.1.4 不同煅烧温度的样品XRD 分析  54-55
    4.3.2 DSC-TG 分析  55-57
    4.3.3 IR 分析  57-58
  4.4 反应条件对转化率的影响  58-60
    4.4.1 醇油摩尔比对转化率的影响  58-59
    4.4.2 催化剂用量对转化率的影响  59-60
    4.4.3 反应时间对转化率的影响  60
  4.5 催化剂的回收重复利用  60-61
  4.6 小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
个人简历  70

固体酸碱催化剂催化油脂酯交换反应活性的研究

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