纳米磁性固体酸化剂和生物柴油的制备研究.pdf

摘要 摘要 生物柴油是利用动植物油脂为原料，经反应改性成为可供内燃机使用的一 种燃料。生物柴油可生物降解，无毒性，对环境无害，并可以从可再生资源中 提取。它不仅可以作为代用燃料直接燃烧，而且还可以作为柴油清洁燃烧的添 加剂。 本研究为充分利用高酸价的油源，并进一步提高其生物柴油转化率，进行 了纳米磁性固体酸催化剂的研制。在固体碱催化剂制备基础上，为适合原料油 性能，特选了两种(高酸价的废弃油和酸价较低且稳定的乌桕梓油)具有代表 性的油源，探讨制备生物柴油的工艺。对比了两种油源碱催化法和先酸后碱法 制备生物柴油的工艺。发现乌桕梓油适合采用碱法，废弃油适合采用先酸后碱 法制各生物柴油。不仅油源性能不同，要求制备生物柴油的工艺不同，更重要 的是对催化剂性能要求也不同。本文为高酸价油源制备生物柴油找到了一条合 理、环保的工艺路线。 将S042,tMxOY型固体酸与磁性材料组合起来，得到既具有酸性又具有磁性 的纳米磁性固体酸催化剂。研究了在催化剂制备过程中几个重要因素对催化剂 mol／L酸浸泡，在500C煅烧3个小时得到的纳米磁 催化效能的影响，采用1．5 性固体酸催化剂效果最佳。采用比表面积测试仪，X．射线衍射仪、傅立叶变换 红外光谱仪和扫描电镜对纳米磁性固体催化剂样品进行表征。比表面积测试仪 测得纳米磁性固体催化剂的比表面积为124m2／g。通过XRD分析可知，经过高 温煅烧后的催化剂中Zt02由无定型转变为四方晶型，形成了的活性中心并具有 较强的催化活性，并且Fe30。在催化剂中处于高度分散状态。未煅烧则不能形成 固体酸催化剂。通过红外光谱分析表明其存在O=S=O，具有酸中心，且催化剂 易吸水。通过扫描电镜图分析可知，催化剂表面很不平整，晶粒很小，呈近似 球状，平均粒径在100以下左右，证明了其属于纳米级。 自制的纳米磁性固体酸催化剂催化废弃油制各生物柴油，采用二次回归正 交旋转组合设计对制备的工艺进行了优化。废弃油中游离脂肪酸甲酯化回归方 程预测模型： Ⅱ 摘要 其最佳反应条件为：反应时间6．4h，催化剂用量4．O％，醇油摩尔比35：1， 反应温度82℃，酯化率为29．49％。碱法反应后总的酯化率为93，12％。 对废弃油制备的生物柴油的理化指标进行测定，就其主要性能指标(粘度、 闪点、十六烷值、酸值、馏程、硫含量、残炭、水分、机械杂质、铜片腐蚀、 灰分、凝点、冷滤点)均符合国家轻柴油标准和美国生物柴油标准。通过气相色 谱对生物柴油的化学组成进行分析可知，生物柴油主要由16碳和18碳的脂肪 酸甲酯组成，其分子结构与理想的柴油替代品的分子结构相类似。通过对生物 柴油流变特性进行分析可知，生物柴油的粘度随温度的升高而降低，而基本不 受搅拌时间和搅拌强度的影响。通过生物柴油在柴油机上使用的排放特性进行 研究可知，尾气中HC、C0的排放降低，而NOx的排放增加。 关键词：纳米磁性固体酸催化剂；生物柴油；高酸价废弃油 ⅡI Abstract ABSTRACT bndof and Biodieselisa fuelwhichismadefromAnimal oil engine vegetable andmodified somereaction．Biodieselis through and beextractedfrom resources．Itbe can renewable can environmentallyfriendly not used船a11．alternativefuel