高分子固體酸的制備及其在生物柴油合成中的應用.pdf

1、隨著世界經濟的迅速發(fā)展，石化能源消費日趨增長，儲量不斷減少。另一方面，石化能源燃燒而產生的廢氣加劇環(huán)境污染。與傳統(tǒng)石化柴油相比，生物柴油具有可再生性、生物可降解性、環(huán)保性、無毒、潤滑性以及閃點高等優(yōu)點，被認為是一種重要的可再生綠色替代能源。高分子固體酸具有腐蝕低、可重復使用、可避免皂化現(xiàn)象、易修飾及活性高等優(yōu)點，在生物柴油領域擁有廣闊的發(fā)展前景。本論文制備了三類功能化的高分子固體酸催化劑，并將其催化高游離脂肪酸的非糧油料制備生物柴油。研

2、究結果如下：
　?。?）以二乙烯基苯（DVB）及1-乙烯基咪唑（VI）等為原料，合成一種咪唑功能化介孔高分子（PDVB-VI）材料，先與1,3-丙磺酸內酯季胺化，再與HCl、H2SO4、CF3SO3H或H3PW12O40反應，制備一系列含不同陰離子（[Cl]、[HSO4]、[CF3SO3]、[PW12O40]）的離子液體功能化高分子固體酸催化劑PDVB-[C3VI][X]。對其進行FT-IR、元素分析、N2-吸附/脫附和SEM表征

3、，并通過催化油酸與甲醇酯化反應制備生物柴油對其催化活性進行探究。結果表明，在催化劑用量為4 wt.％、醇油摩爾比為30:1、反應4 h、反應溫度T=130℃條件下，油酸轉化率由高到低的順序為 PDVB-[C3VI][CF3SO3]（96.5%）、PDVB-[C3VI][HSO4]（78.6%）、PDVB-[C3VI][Cl]（58.8%）、PDVB-[C3VI][PW12O40]（36.3%）。篩選出活性最好的催化劑為 PDVB-[C3

4、VI][CF3SO3]，采用單因素優(yōu)化法，對其催化油酸與甲醇酯化反應進行條件優(yōu)化，在催化劑用量為4 wt.%、醇油摩爾比為30:1、反應時間為4 h、反應溫度為T=130℃的最優(yōu)反應條件下，油酸轉化率達96.5%。
　?。?）為提高催化劑的活性，通過氯磺酸（ClSO3H）對催化劑PDVB-[C3VI][HSO4]進行磺化，合成出具有磺酸功能化及離子液體功能化介孔高分子固體酸催化劑（PDVB-SO3H-[C3VI][HSO4]）。對

5、其進行 XPS、FT-IR、元素分析、N2-吸附/脫附、TEM、SEM及TG等技術表征。結果表明磺酸及離子液體成功負載到高分子材料上，且催化劑 PDVB-SO3H-[C3VI][HSO4]存在大量的介孔結構，比表面積為281.00m2/g和酸密度為2.58 mmol H+/g。該介孔固體酸催化高酸值的續(xù)隨子油（24.42 mg KOH/g）的酯化反應，采用單因素法，對其反應條件進行優(yōu)化，在最優(yōu)的反應條件：醇油摩爾比：50:1，催化劑量為

6、6 wt.%，反應溫度為65℃，反應時間為3h，續(xù)隨子油的酯化率為96.4%；該催化劑也應用于催化粗麻瘋樹油（15.96 mg KOH/g）與甲醇“一鍋法”制備生物柴油，通過單因素優(yōu)化法，得到最優(yōu)的反應條件為：醇油摩爾比為50:1，催化劑量為6 wt.%，反應溫度為160℃，反應時間為8 h，在此條件下FAMEs含量達95.4%。
　　（3）以高比表面積的介孔聚二乙烯基苯（PDVB）為載體，對載體進行修飾，合成了乙二胺（En）功能

7、化介孔聚二乙烯基苯，再進行磺化，首次合成了多磺酸功能化介孔高分子固體酸催化劑PDVB-SO3H-CH2-En-SO3H。對其進行了XPS、FT-IR、元素分析、N2-吸附脫附、TEM、SEM及TG等技術表征。結果表明磺酸基團成功的負載到介孔聚二乙烯基苯上，催化劑PDVB-SO3H-
　　CH2-En-SO3H存在大量的介孔結構，比表面積為369.00 m2/g和酸密度為1.98 mmol H+/g。并對其催化油酸與甲醇的酯化反應制