陰離子型樹脂催化制備生物柴油的研究.pdf

1、脂肪酸甲酯又被稱作生物柴油，作為石油的替代品，隨著石油資源的日益短缺，越來越受到人們的關(guān)注。目前，生物柴油的主要生產(chǎn)方法是使用NaOH作為均相堿催化劑，催化脂肪酸甘油脂(動植物油脂的主成分)和甲醇進行酯交換反應(yīng)制備脂肪酸甲酯。雖然該技術(shù)比較成熟，但還是存在反應(yīng)產(chǎn)生皂化導(dǎo)致分離困難、需水洗除掉堿催化劑而產(chǎn)生大量堿性廢水造成環(huán)境污染等缺點。采用非均相固體催化劑可以避免上述問題的產(chǎn)生，因此該類催化劑催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油對生物柴油的推廣有

2、著重要的意義。 本論文設(shè)計使用特種聚醚砜型樹脂制備出的季銨鹽型線型強堿型樹脂與二氧化硅的共混物(QAPPES/SiO2)和通用聚醚砜型樹脂制備出的季銨鹽型線型強堿型樹脂與二氧化硅的共混物(QAPSF/SiO2)為非均相催化劑，催化了大豆油和甲醇的酯交換反應(yīng)，制備出脂肪酸甲酯。合成出的一系列的脂肪酸甲酯混合物可以通過氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)的測試得到確定。通過氣相色譜圖，可以發(fā)現(xiàn)QAPPES/SiO2和QAPSF/SiO2

3、催化大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)得到的產(chǎn)物和NaOH催化大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)得到的產(chǎn)物中各組分的氣相色譜的保留時間和峰形基本一致。通過質(zhì)譜圖可以確定，最主要的三個組分具體的結(jié)構(gòu)為C15H31COOCH3、C17H31COOCH3和C17H35COOCH3。 影響QAPPES/SiO2和QAPSF/SiO2催化大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)的因素主要有甲醇和大豆油的體積比、催化劑加入量和大豆油的加入量的關(guān)系(質(zhì)量/體積)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和

4、反應(yīng)的攪拌速率。這些因素通過一系列的實驗加以研究和優(yōu)化。實驗表明，較好的反應(yīng)條件為：高速攪拌條件下，反應(yīng)物醇油比(體積比)為3:1-4:1，催化劑加入量與豆油加入量數(shù)值上的關(guān)系為1:4-3:8(質(zhì)量/體積)，反應(yīng)溫度為60℃。在此條件下反應(yīng)8h，QAPPES/SiO2催化大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可達到76％，QAPSF/SiO2催化大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可達到74％。 本論文中同時對季銨鹽陰離子型商用大孔交聯(lián)型樹脂

5、D201和D202對大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)的催化效果進行了測試。產(chǎn)物的測試方法同QAPPES/SiO2和QAPSF/SiO2催化大豆油和甲醇酯交換反應(yīng)產(chǎn)物的測試方法。結(jié)果表明，D201和D202同樣可以催化大豆油和甲醇的酯交換反應(yīng)，得到一系列的脂肪酸甲酯的產(chǎn)物。實驗表明，較好的反應(yīng)條件為：反應(yīng)物醇油比(體積比)為1:1-2:1，反應(yīng)溫度為60℃，催化劑加入量與豆油加入量數(shù)值上的關(guān)系為1:4-1:2(質(zhì)量/體積)。在此條件下反應(yīng)6h，D2