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米糠油超临界甲醇条件下制生物柴油

作　者: 黄晓敏
导　师: 韩秀丽
学　校: 郑州大学
专　业: 环境科学
关键词: 米糠油生物柴油气相色谱响应面分析法
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

面对全球能源短缺和环境污染这两个巨大的挑战,世界各国都开始研究开发生物质能源来替代或减缓不可再生能源的消耗。生物柴油就是在此背景下,以其轻污染低排放、良好的使用性能和可再生性等优越特性而备受关注,因此发展生物柴油产业意义重大。传统的生物柴油生产多采用碱催化酯交换法,但存在产物难于回收,废碱液污染环境,对原料水分、酸值要求高,成本较高等缺点。超临界酯交换法是制备生物柴油的一种新方法,它的最大特点是原料中水分和游离脂肪酸的含量几乎对反应没有影响,无需加催化剂,且反应速度快,时间短。与化学法相比,分离提纯简单,环境友好,因此受到了广泛的关注。生物柴油虽然具有较大的开发前景,但在工业化规模生产和使用上受到很多因素的限制,其中最主要的就是原料成本高,因此为降低生物柴油成本,同时充分利用超临界状态下酯交换反应的优点,本文研究了以毛米糠油为原料,采用超临界甲醇酯交换法制备生物柴油的工艺,通过响应面分析法优化出无催化和有催化剂条件下超临界反应的最佳工艺条件。首先以十二酸甲酯为内标,建立了测定生物柴油中主要脂肪酸甲酯含量的气相色谱分析方法,最佳操作条件为柱温220℃,进样器温度250℃,检测器温度250℃,载气为高纯N₂,流量2 mL/min,进样1μL,分流比1:10。其线性范围宽,准确度高,重复性好。对超临界甲醇条件下制生物柴油的酯交换反应进行研究。利用响应面分析法优化出本实验条件下的最佳反应条件:摩尔比25.1,反应温度295.9℃,反应时间40.5 min,此时产率最大79.8%。由回归分析可知,反应温度和反应时间对产物收率影响较大。最后在反应体系中,加入甲醇钠做催化剂,考察了碱催化毛米糠油与甲醇的超临界酯交换反应。最佳反应条件为摩尔比31.2,反应温度275℃,反应时间31.4 min,催化剂用量0.14%,并由分析结果可知,由于米糠原料油的酸值比较高,碱催化剂的加入并没有使产率明显提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
第一章文献综述  11-25
  1.1 生物柴油的发展与展望  11-17
    1.1.1 生物柴油简介  12-13
    1.1.2 国内外生物柴油的应用现状和发展趋势  13-17
      1.1.2.1 国外发展现状  13-16
      1.1.2.2 国内发展现状  16-17
  1.2 生物柴油生产技术的研究进展  17-23
    1.2.1 生物柴油的原料来源  17-18
    1.2.2 生物柴油的制备方法  18-21
      1.2.2.1 固体催化酯交换  18-19
      1.2.2.2 酶催化酯交换  19-20
      1.2.2.3 超临界酯交换  20-21
    1.2.3 生物柴油新式反应器  21-23
      1.2.3.1 膜反应器制备生物柴油  21-22
      1.2.3.2 超声波和水力空化反应器  22-23
      1.2.3.3 管式反应器  23
  1.3 课题的提出及研究思路  23-25
第二章气相色谱法测定生物柴油中的脂肪酸甲酯  25-32
  2.1 概述  25
  2.2 实验仪器和实验方法  25-27
    2.2.1 仪器及试剂  25-26
    2.2.2 气相色谱操作条件  26-27
    2.2.3 溶液的配制  27
  2.3 结果与讨论  27-31
    2.3.1 脂肪酸甲酯的定性分析  27-28
    2.3.2 脂肪酸甲酯的定量分析  28-30
      2.3.2.1 脂肪酸甲酯的标准工作曲线  28-29
      2.3.2.2 精密度实验  29-30
      2.3.2.3 回收率的测定  30
    2.3.3 脂肪酸甲酯产率的计算公式  30-31
  2.4 小结  31-32
第三章超临界法制备生物柴油  32-42
  3.1 概述  32
  3.2 实验部分  32-36
    3.2.1 实验原料  32-33
    3.2.2 主要仪器和设备  33-34
    3.2.3 实验方法  34
    3.2.4 生物柴油收率的计算  34
    3.2.5 实验设计  34-36
      3.2.5.1 RSA的应用  34-35
      3.2.5.2 各因素取值范围的选择  35-36
  3.3 结果与讨论  36-40
    3.3.1 醇油摩尔比对脂肪酸甲酯收率的影响  38-39
    3.3.2 反应温度对脂肪酸甲酯收率的影响  39-40
    3.3.3 反应时间对脂肪酸甲酯收率的影响  40
  3.4 小结  40-42
第四章碱催化超临界条件下制备生物柴油  42-51
  4.1 概述  42
  4.2 实验部分  42-43
    4.2.1 实验原料  42
    4.2.2 主要仪器和设备  42
    4.2.3 制备方法  42-43
    4.2.4 生物柴油产率的计算  43
    4.2.5 响应面实验  43
  4.3 结果与讨论  43-49
    4.3.1 醇油比对脂肪酸甲酯收率的影响  46-47
    4.3.2 反应温度对脂肪酸甲酯收率的影响  47
    4.3.3 反应时间对脂肪酸甲酯收率的影响  47-48
    4.3.4 催化剂对脂肪酸甲酯收率的影响  48-49
  4.4 性能比较  49-50
  4.5 小结  50-51
第五章结论与展望  51-53
  5.1 结论  51-52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-56
附录  56-59
硕士期间发表论文情况  59-60
致谢  60

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