廢棄食用油合成生物柴油反應(yīng)機(jī)理的密度泛函理論研究.pdf

1、利用廢棄食用油合成生物柴油既可以實(shí)現(xiàn)其有效利用，又可以緩解日益嚴(yán)峻的能源問題，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。目前對廢棄食用油合成生物柴油反應(yīng)的研究仍主要集中于實(shí)驗(yàn)階段，對反應(yīng)機(jī)理等更深層次的理論方面尚缺乏報(bào)道。因此，闡明廢棄食用油合成生物柴油的反應(yīng)機(jī)理，明確控制反應(yīng)過程的關(guān)鍵步驟，提出強(qiáng)化反應(yīng)的有效途徑等是廢棄食用油合成生物柴油反應(yīng)研究中亟待解決的關(guān)鍵問題，將為實(shí)驗(yàn)研究提供重要的理論基礎(chǔ)。
　　本論文采用密度泛函理論方法，基于廢棄食用

2、油的理化特點(diǎn)和生物柴油工業(yè)生產(chǎn)工藝，分別對廢棄食用油合成生物柴油過程中三個(gè)典型的反應(yīng)：酸催化游離脂肪酸酯化反應(yīng)、酸催化脂肪酸單甘脂酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)及甘油三酯熱解反應(yīng)進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。主要研究結(jié)論如下：
　?。?）酸催化劑可以有效地降低游離脂肪酸酯化反應(yīng)所需的活化能。酸催化游離脂肪酸酯化反應(yīng)機(jī)理為：H+首先活化游離脂肪酸羰基O，進(jìn)而與甲醇結(jié)合形成一個(gè)四面體型中間體（此步驟為反應(yīng)的速率控制步驟），最終脫水生成脂肪酸甲酯。反應(yīng)為放熱反應(yīng)

3、，反應(yīng)溫度在酯化反應(yīng)中起重要作用。增大酸（H+）及甲醇濃度對提高利用廢棄食用油合成生物柴油中游離脂肪酸酯化反應(yīng)的產(chǎn)率有顯著幫助。
　?。?）酸催化劑可以有效地降低脂肪酸單甘脂酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)所需的活化能。酸催化脂肪酸單甘脂酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)理為：H+首先活化單甘脂的羰基O，形成一個(gè)反應(yīng)中間體；隨后該中間體與甲醇結(jié)合形成一個(gè)四面體型結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)裂解脫去一個(gè)甘油分子（此步驟為反應(yīng)的速率控制步驟）并最終脫氫生成目標(biāo)產(chǎn)物脂肪酸甲酯。酸催化脂肪酸單

4、甘脂酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度在酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)中起重要作用，升高反應(yīng)溫度有利于四面體型中間體的裂解，進(jìn)而加速酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的進(jìn)行。
　?。?）甘油三酯熱解反應(yīng)起始于C-O鍵的斷裂，此時(shí)，反應(yīng)所需溫度較低，長鏈脂肪酸為主要的熱解產(chǎn)物。C-C鍵的斷裂溫度在360℃左右，熱解法合成生物柴油的反應(yīng)溫度應(yīng)高于此溫度，隨熱解溫度的升高，生物柴油產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)率均將有所提高。甘油三酯熱解反應(yīng)熱力學(xué)研究方法計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道一致，可以為后續(xù)對廢