強酸性離子交換樹脂催化酸化油酯化實驗研究.pdf

1、隨著石油儲量日益銳減以及化石燃料使用帶來嚴重環(huán)境問題，世界各國都希望找到既符合環(huán)保要求，又可再生的新能源。生物柴油是近十幾年頗受重視的一類綠色環(huán)保能源，其以生物脂質(zhì)為原料，通過與短碳鏈醇酯交換反應得到的長碳鏈脂肪酸單烷基酯。生物柴油具有無毒、可生物降解等優(yōu)點。另外，生物柴油的粘度、熱值等物理性能與石化柴油相似。
　　本文以高酸值酸化油為制備生物柴油原料，不僅可以大幅降低生產(chǎn)成本，而且還可以減少其對環(huán)境危害。首先，磺化陽離子交換樹脂

2、（SCER）催化酸化油與甲醇的反應。單因素優(yōu)化酯化反應條件，包括醇油質(zhì)量比、反應溫度、SCER用量。實驗結(jié)果得出，在優(yōu)化反應條件（醇油摩爾比31.8:1.0（酸化油20.0 g），反應溫度65.0 oC、SCER用量5.0 g），游離脂肪酸（FFAs）的轉(zhuǎn)化率達到91.87％。基于實驗結(jié)果，對酯化反應內(nèi)外傳質(zhì)阻力進行計算，得出該實驗條件下內(nèi)外傳質(zhì)阻力均可忽略，并提出擬均相二級反應動力學模型。通過該模型，計算了正逆活化能和指前因子，并對熱

3、力學參數(shù)如反應的熵變、焓變、吉布斯自由能進行求解。
　　實驗采用響應面法（RSM）優(yōu)化酸化油與乙醇酯化反應。在乙醇沸點溫度下，RSM優(yōu)化的反應條件為：醇油摩爾比23.2:1.0，反應時間8.0 h，SCER用量為35.0 wt.%（占酸化油的質(zhì)量），F(xiàn)FAs的轉(zhuǎn)化率為75.24%。在RSM優(yōu)化條件下，采用4?分子篩連續(xù)不斷脫水，使平衡不斷正向進行，F(xiàn)FAs轉(zhuǎn)化率可達到98.32%。采用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）以及熱

4、重（TG-DTG）分析手段對催化劑使用前后進行分析表征，得出SCER具有良好的機械和熱力學穩(wěn)定性。催化劑使用5次，仍具有良好的活性和穩(wěn)定性。最后，對酯化產(chǎn)物進行堿催化制備生物柴油。酸化油生物柴油的燃料性質(zhì)符合美國材料協(xié)會（ASTM）、歐洲（EN）及中國（GB）國家標準。
　　實驗進一步采用RSM和人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）兩種優(yōu)化方法優(yōu)化微波輔助的酯化反應。優(yōu)化反應條件為：SCER用量5.85 g，醇油摩爾比3.2:1.0，微波功率3