酸性离子交换树脂催化酯化改质生物油的研究.pdfVIP

V01．30 高等学校化学学报 No．9 CHEMICALOFCHINESEUNIVERSITIES 2009年9月 JOURNAL 1754一1758 酸性离子交换树脂催化酯化改质生物油的研究 熊万明，傅尧，来大明，郭庆祥 (安徽省生物质洁净能源重点实验室，中国科学技术大学化学系，合肥230026) 摘要以磺酸型离子交换树脂为催化剂，在模型反应的基础上，探讨了该催化剂在稻壳裂解油及其轻质馏 分的催化酯化改质过程中的活性和效果，并通过气·质联用仪对酯化前后的生物油进行了成分分析．结果表 明，酯化过程中采用的催化剂可以方便地分离和循环使用；生物油中的有机酸顺利地转化为相应的酯类(主 要为乙酸乙酯)．通过催化酯化改质后，两种生物油的理化特性均得到了有效改善，热值分别由16．80和 12．76 mm2／s， MJ／kg提高到20．08和18．33砌／kg，相应提高了19．5％和43．6％；黏度分别由11．83和1．42 下降到3．77和1．12 mill2／s；水分分别为23．7％和28．4％，流动性明显增强，理化特性得到了明显提高．为 生物油的精制加工提供了一种有效方法． 关键词生物油；固体酸；离子交换树脂；酯化 中图分类号0621．25+1 文献标识码A 文章编号0251-0790(2009)09．1754-05 随着有限的化石燃料的日益枯竭及能源消耗需求的急剧增长，研究和利用可再生能源的意义显得 十分重大，其中生物资源作为一种可以直接液化的可再生能源，近年来引起人们的格外关注¨侧．对 生物物质进行快速热裂解并液化，可以获得一种棕黑色液体，称之为生物油．目前工艺所得生物油的 热值约为17 MJ／kg，可以直接应用于发电和锅炉等行业；但由于生物油具有含氧量高、含水量多、酸 性高及黏度大等缺点，与高品位燃油还有比较大的差距．因此对生物油进行改质成为当务之急． 目前国际上对生物油的改质处理主要分为物理加工和化学改质两种．其中物理加工主要包括乳 化H1及萃取分离等；化学改质主要包括催化加氢【5．6]、催化裂解[．7．8|、水蒸气重整‘9,10]和催化酯 化¨卜141．生物油具有物种多样和易积碳等特性，使得物理加工和高温催化精制难度大、效率低；而采 用催化酯化改质生物油的工艺相对来说更为经济、简单和高效，因此受到越来越多的关注． 传统的催化酯化催化剂主要是质子酸(无机酸)，但它具有腐蚀设备及回收利用困难等缺点．为了 馋决上述难题，各种新型的催化剂被开发和应用¨卜19J．强酸性离子交换树脂作为一种新型的酯化反 应催化剂，具有制备简单、活性高、不腐蚀设备、易分离和可回收利用等优点，得到了国内外广泛的研 究和应用L20-23]．相比其它应用于生物油的固体催化剂，离子交换树脂更便于分离和循环使用，到目前 为止还未见到利用离子交换树脂催化酯化生物油的文献报道．本研究采用强酸性离子交换树脂催化酯 化改质生物油，并比较分析了先蒸馏后酯化与先酯化后蒸馏两条路线的优劣． 1实验部分 1．1试剂与仪器 生物油由安徽易能公司提供．该生物油的原材料为稻壳，在处理量为2t／h的中试装置中进行快 速热裂解(裂解温度为500—550oC，保留时间为ls)，冷凝液化裂解气，得到棕黑色的生物油．其它 Fischer 水分测定仪(KFⅡ)测定各个样品的水分；用黏度测定器(SYD-265H)测量生物油的黏度；用气相色谱． 收稿日期：2009-01．12． 基金项目：国家“九七三”计划项目(批准号：2007CB210205)和安徽省优秀青年科技基金(批准号：08040106829)资助 联系人简介：傅尧，男，博士，副教授，主要从事有机化学与可再生能源研究．E-mail：fuyao@ustc．edu．cn 郭庆祥，男，教授，博士生导师，主要从事绿色化学与可再生能源研究．E-mail：qxg