摘 要

随着生物柴油产量的日益增加，甘油作为副产物也日益增多。为确保生物柴油产业的健康发展，开展以甘油为原料，生产高附加值产品的研究意义重大。

丙酮缩甘油是一种重要的医药中间体，近年来发现它也是一种良好的燃油添加剂，仅添加1%-5%就可以提高汽油的稳定性。传统的丙酮缩甘油制备方法有除水法和过量法两大种。除水法通常反应时间较长，成本较高，进而研究过量法。

本文首先使用了过量法研究离子液体TTPT催化甘油与丙酮的反应，考察了萃取剂和萃取剂量对产品分离的影响，确立了最优的萃取剂和萃取剂量；紧接着研究了离子液体的回收循环使用效果，确定TTPT具有良好的循环回收效果；随后在此基础上，研究了基于均相催化剂的反应动力学，拟合得到的反应动力学方程如下：

关键词：离子液体 丙酮缩甘油 反应动力学

study on the preperation of SOLKETAL CATALYZED BY IONIC LIQUID TTPT

Abstract

With the development of biodiesel, glycerol as a by-product is increasing. In order to ensure the healthy development of biodiesel industry, it is of great significance to carry out the research on the production of high value-added products with glycerol as raw material.

Solketal is an important pharmaceutical intermediate, which is also found to be a good fuel additive in recent years. The traditional preparation methods of Solketal include water removal method and excess method. In general, the reaction time of water removal method is longer, and the cost is higher, so excess method is studied.

In this paper, the reaction between glycerol and acetone catalyzed by ionic liquid TTPT was studied by excessive method, the influence of extraction agent and extraction dose on product separation was investigated, and the optimal extraction agent and extraction dose were established. After that, the recycling effect of ionic liquid was studied, and it was confirmed that TTPT had good recycling effect. Then on this basis, the reaction kinetics based on homogeneous catalyst was studied. The reaction kinetics equation obtained by fitting was as follows:

Key Words: Ionic liquid Solketal; Reaction kinetics;

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章：绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 甘油及其应用 2

1.2.1 1,2-丙二醇 2

1.2.2 1,3-丙二醇 2

1.2.3 丙烯醛 3

1.2.4 丙酮缩甘油 3

1.3 离子液体（ILs） 5

1.4 本文的主要研究内容 5

第二章 离子液体TTPT制备丙酮缩甘油 7

2.1主要试剂、原料以及仪器设备 7

2.1.1主要试剂、原料 7

2.1.2主要仪器设备 7

2.2催化剂性质 8

2.2.1热重-差热分析 8

2.2.2水分测量仪分析 9

2.3实验装置及过程 9

2.4实验样品分析 10

2.4.1使用气相色谱检测丙酮缩甘油含量 10

2.4.2根据下层质量计算甘油转化率的方法 12

2.5萃取剂与产品分离 12

2.5.1乙醚对产品分离的影响 12

2.5.2苯对产品分离的影响 14

2.6催化剂的循环回收使用 14

2.7本章小结 15

第三章 TTPT催化的缩酮反应动力学 17

3.1主要试剂、原料及仪器设备 17

3.2实验过程及分析 17

3.3实验结果与讨论 17

3.3.1搅拌速度对反应的影响 17

3.3.2温度对反应的影响 18

3.3.3物料摩尔比对反应的影响 19

3.3.4催化剂用量对反应的影响 19

3.4动力学拟合 20

3.4.1反应平衡常数拟合 20

3.4.2反应速率常数拟合 22

3.4.3动力学常数验证 24

3.5本章总结 25

第四章 结论和展望 28

4.1 结论 28

4.2 展望 28

参考文献 30

致 谢 34

第一章：绪论

1.1 研究背景

如今能源消费的主流仍是不可再生能源，如煤炭，石油和天然气。虽然存储量仍然相对充足，但如果按照现在的能源消耗速度，它将在一百年内耗尽，而且，这种传统能源的使用不可避免地带来许多环境问题。因此有必要发展绿色可再生能源，这也是科研工作者们的研究重点。而在燃料这一方面，生物柴油作为部分替代石化燃料的能源之一，由于其清洁、可再生等特点，成为当今的一个研究热点。

生物柴油主要由动植物油脂或废餐饮油等通过转酯化反应制得（如图 1-1 ）。生物柴油相对于矿物能源具有很多优点^[1-4]，如可再生、环境友好等；除此之外，如果生物柴油被广泛使用，则能够缓解能源危机对人类的威胁。生物柴油各种优异的性能使人类意识到其将是优异的矿物能源替代品^[5,6]。

图 1-1 生物柴油的制备方程

据德国刊物《油世界》报道，2017年生物柴油全球产量为3520万吨，分别消耗了近1100万吨的棕榈油与900万吨的豆油^[7]；而2018年的世界生物柴油的产量预计达到3840万吨^[8]。随着生物柴油产量的日益走高，甘油作为生物柴油产生的副产物也日益增多。据统计，每生产10 kg的生物柴油，大约会得到1 kg的粗制甘油（甘油纯度为80%左右）^[3]。目前世界约68%的甘油产量来自于生物柴油的生产与纯化^[9]。虽然甘油在食品、化妆品、药物合成、聚合物等多行业有着广泛的应用，但依然不能完全消化掉如此大量的甘油。与此同时，大量未经处理的粗制甘油会对环境造成一定的负担。如果长期这样，过低的甘油价格将不利于生物柴油行业的发展。因此如何有效利用甘油转化为高附加值的化学品成为了维持生物柴油行业稳定发展的关键^[3]。

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