鈣鎂負(fù)載型固體堿催化劑制備生物柴油.pdf

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1、第24卷第10期應(yīng)用化學(xué)Vol.24No.102007年10月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYOct.2007鈣鎂負(fù)載型固體堿催化劑制備生物柴油a,b3bbbb郭登峰李為民潘劍波石紅燕程華ab(南京理工大學(xué)化工學(xué)院南京210014;江蘇工業(yè)學(xué)院化工系常州213000)摘要采用浸漬法制備CaO/MgO負(fù)載型固體堿催化劑,考察了制備條件和酯交換反應(yīng)條件對制備生物柴油的影響。結(jié)果表明,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2216%醋酸鈣溶液和氧化鎂以體積比3∶4浸漬,在700℃煅燒24h,制得的負(fù)載型固體堿催化劑n(CaO)∶n

2、(MgO)=110∶5144,堿強(qiáng)度H-值為1510～1814,具有很好的酯交換催化活性。當(dāng)n(醇)∶n(油)=6∶1,催化劑用量為油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%,反應(yīng)溫度70℃,反應(yīng)時間4h,菜籽油制備生物#柴油的轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上。合成的生物柴油各項性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),并與國內(nèi)0柴油的主要性能指標(biāo)相接近。關(guān)鍵詞固體堿催化劑,酯交換反應(yīng),脂肪酸甲酯,生物柴油中圖分類號:O633.6;TQ646文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:100020518(2007)1021149204生物柴油是是由動、植物油脂與甲醇(或乙醇)經(jīng)酯交換反應(yīng)而得到的長鏈脂肪

3、酸甲(乙)酯,是一[1]種可以替代普通柴油的清潔燃料。它基本不含硫和芳烴,可被生物降解、無毒、對環(huán)境無害。酯交換技術(shù)是生物柴油生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一,主要有均相催化、非均相催化和酶催化。目前,生物柴油大都采[2,3]用均相酯交換反應(yīng)來制備,雖然催化效率很高,但催化劑與產(chǎn)物分離困難,且有大量的廢酸、堿液排放。采用固體堿催化劑替代均相催化劑,產(chǎn)品與催化劑分離容易,避免了大量廢液的排放,可有效防止環(huán)境污染。同時固體催化劑具有易活化再生,便于連續(xù)操作的特點。開發(fā)催化活性高、活性周期長的[4]固體催化劑是普遍關(guān)心的問題。Gryglewicz研究

4、了堿土金屬氧化物對酯交換反應(yīng)的催化作用,表明[5]MgO對菜籽油酯交換反應(yīng)沒有催化作用,而CaO則有催化作用。Kim等將Na/NaOH/γ2Al2O3固體堿[6～8]催化劑用于植物油的酯交換反應(yīng),在共溶劑作用下,轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%以上。李為民等先以沉淀法制備水滑石,然后焙燒生成Mg2Al復(fù)合氧化物,以此復(fù)合氧化物為催化劑催化菜籽油的酯交換反應(yīng),也取得了比較滿意的結(jié)果。本文采用CaO/MgO負(fù)載型固體堿催化劑,以菜籽油、甲醇為原料酯交換法制備生物柴油,考察催化劑制備條件、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等因素對酯交換的影響。研究發(fā)現(xiàn)CaO/MgO負(fù)

5、載型固體堿催化劑具有很好的酯交換催化活性,為生物柴油研究和生產(chǎn)提供了一條新的思路。1實驗部分1.1試劑和儀器菜籽油(市售),醋酸鈣、氧化鈣、氧化鎂、無水氯化鈣、無水甲醇、KOH等均為分析純試劑。ASAP22010型吸附儀(美國);SP26800型氣相色譜儀(山東魯南化工儀器廠),色譜條件:氫火焰離子化檢測器,SE230毛細(xì)管色譜柱(30m×0132mmi.d,液膜厚度為0145μm),爐溫250℃,檢測器溫度280℃,進(jìn)樣器溫度300℃,內(nèi)標(biāo)物為十一酸甲酯;N22000色譜數(shù)據(jù)工作站(浙江大學(xué)智能信息工程研究所)。1.2實驗方法1

6、.2.1精制菜籽油量取一定量的粗菜籽油倒入三口燒瓶中,常溫下邊攪拌邊緩慢加入占油質(zhì)量分?jǐn)?shù)約3%的KOH溶液(溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%),攪拌速度控制在60～70r/min,升溫至30℃,繼續(xù)攪拌20min左右,離心分離除皂。用60～70℃的水水洗,倒入分液漏斗靜置2h。取上層油脂,在90～95℃下加澎潤土攪拌脫色,除去少量殘留皂和水分,趁熱過濾得精制菜籽油。2006211208收稿,2007205208修回江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項基金資助項目(BA2006025)通訊聯(lián)系人:郭登峰,男,碩士,副教授;E2mail:gdf166@163.

7、com;研究方向:生物柴油及工業(yè)分析1150應(yīng)用化學(xué)第24卷1.2.2浸漬法制備CaO/MgO固體堿催化劑量取一定量的MgO(馬福爐內(nèi)500℃煅燒8h,堆密度為301247g/cm)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2216%CaAc2溶液,以不同的體積比混合浸漬1h。將浸漬好的糊狀混合物擠壓成型放入80℃烘箱干燥8h,放入馬福爐中700℃煅燒24h,制成CaO/MgO固體堿催化劑。1.2.3酯交換反應(yīng)實驗和分析稱取CaO/MgO固體堿催化劑(占油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%),加入裝有回流攪拌裝置的四口燒瓶,水浴加熱至70℃恒溫,開啟冷凝水,加20mL甲醇,攪拌4

8、0min后再加入稱好的精制菜籽油(醇與油摩爾比為6∶1)反應(yīng)4h。反應(yīng)結(jié)束后趁熱抽濾除去催化劑。將粗產(chǎn)品倒入分液漏斗中分層,靜置過夜,回收下層甘油,上層粗產(chǎn)品倒入三口燒瓶,減壓蒸餾去甲醇,得透明亮黃色生物柴油。采用氣相色譜內(nèi)標(biāo)法檢測生物柴油中脂肪酸