摘 要

油酸（OA）和三羟甲基丙烷（TMP）合成三羟甲基丙烷油酸酯（TMPOE）的酯化反应的催化剂是酸催化剂，而固体酸催化剂具有环保、可重复使用的优点而逐步替代了常规的液体酸催化剂。在本文中，制备了一系列具有不同载体固定的固体催化剂，研究了OA和TMP反应合成酯基油的催化性能，结果表明Al₂O₃固载的固体超强酸催化剂SO₄^2--Al₂O₃-SnO₂有非常好的催化活性。以 SO₄^2--Al₂O₃-SnO₂为催化剂考察了OA和TMP合成TMPOE的一系列工艺条件。结果表明：酯化反应的反应温度为150 ℃，醇酸的摩尔比为1：2.2，催化剂用量为25％（以反应物的质量％计）和反应时间8 h，反应酯化率达到90.4％。 固体超强酸催化剂连续使用四次后，催化活性几乎保持不变，说明固体超强酸催化剂是有前途的新型酯化有机 - 无机复合催化材料。

关键词：油酸 三羟甲基丙烷油酸酯 酯化反应 固体酸催化

Study on the progress modifying of trimethylolpropane

Abstract

The esterification reaction catalyst for the synthesis of trimethylolpropane oleate (TMPOE) with oleic acid (OA) and trimethylolpropane (TMP) is an acid catalyst, And solid acid with environmentally friendly, reusable and other advantages gradually replace the conventional liquid acid catalyst. In this paper, the catalytic performance of the catalysts prepared by catalytic reaction of OA and TMP in the preparation of synthetic ester base oils was investigated by preparing a series of solid catalyst with different carrier immobilization. The results showed that the solid acid catalyst Al₂O₃-SnO₂ supported on alumina was better catalytic activity. A series of technological conditions for synthesis of TMPOE by OA and TMP were investigated using SO₄^2--Al₂O₃-SnO₂ as catalyst. The results showed that the yield of biodiesel reached 90.4% at 150 ℃, the molar ratio of alkyd was 1: 2.2, the amount of catalyst was 25% (the mass% of the reactants) and the reaction time was 8 h. After the catalyst was used four times, the activity of the catalyst remained almost unchanged, indicating that the solid acid catalyst was a promising new esterified organic-inorganic composite catalytic material.

Key words: oleic acid；Trimethylol propane oleate； Esterification reaction；Solid acid catalyst

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2三羟甲基油酸酯的合成方法 1

1.3固体超强酸催化剂的报道 3

1.4本课题研究的目的和意义 4

第二章 实验材料与方法 4

2.1 实验材料与仪器 5

2.1.1 实验材料 5

2.1.2 实验仪器 5

2.2 实验方法 6

2.2.1实验原理 6

2.2.2催化剂制备 7

2.2.3 三羟甲基丙烷和油酸的反应 8

2.2.4产物分析 8

第三章 实验结果与讨论 10

3.1不同催化剂的比较 10

3.1.1使用不同载体制备催化剂 10

3.1.3选择不同百分含量的催化剂 10

3.2催化剂的重复利用性 11

3.3工艺条件优化 12

3.3.1催化剂用量对反应酯化率的影响 12

3.3.2 反应时间对反应酯化率的影响 13

3.3.3不同反应原料醇酸比对酯化率的影响 14

3.3.4不同反应温度对反应酯化率的影响 15

3.4本章小结 16

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 18

参考文献 19

致 谢 22

第一章 文献综述

1.1前言

全世界消耗的汽油(机油)通常来源于石油，煤炭或天然气。然而，这些来源是有限的，并由于世界燃料消耗量高而持续耗尽。这种情况引起了雄心勃勃的研究人员和科学家之间的兴趣，寻找润滑剂的可再生绿色材料作为化石的替代品。生物润滑剂来源于自然资源。与常规润滑剂相比，生物润滑剂由于其快速的生物降解性和低的环境毒性而更为优选。生物润滑剂的主要优点是其高粘度指数，使其粘度在恒温下几乎保持不变。

润滑油由润滑基础油和添加剂组成，而润滑基础油分为矿物基础油、天然植物油、合成基础油和水基液体^[1]。传统润滑油多是以矿物质油为基础的润滑油，对设备润滑、抗腐蚀、延长机械的使用寿命起到非常大的作用^[2]。传统的润滑油多以矿物油为基础的润滑油，对设备的润滑，防止设备锈蚀，延长机械的使用寿命有着重要作用，但是在一些特殊情况下，设备在使用、运输过程中，自然环境中，通过不同形式排放的润滑油总是不可避免的，同时，又因为矿物油没有很好的可生物降解能力，所以它长期地沉积在水和土壤中，对生态环境造成长期地污染和破坏^[3]。有许多发达国家都已经制定了相关的法律来限制矿物质润滑油的排放，在德国所有的开放式锯链油都必须使用可降解性的润滑油^[4]。而合成油具有良好的生物降解性、耐高温性、摩擦润滑性。合成油广泛应用于航空、冶金、煤炭、发电等领域^[5]。三羟甲基丙烷油酸酯是合成油的一种，具有很好的耐高温性、摩擦润滑性、生物降解性和低毒性，是一种非常重要的绿色润滑油^[6]。三羟甲基丙烷油酸酯作为一种基础油是一种非常理想的用来合成抗燃性液压油的原料，可用于调配符合环保要求的液压油、发动机油以及纺织油剂、皮革助剂的中间体等^[7]。生物润滑油的不足之处是其生产成本较高，但可以节省由于润滑油泄露导致的巨额环境治理费用^[8]。石油的开采对水、土壤、空气造成了较为严重的污染，特别是水污染，直接影响人民的健康。使用生物润滑油可以节省由生产和使用矿物润滑油产生的环境治理费用，如生态环境补偿费、水土流失补偿费、水资源补偿费、环境污染综合治理费^[9]。

1.2三羟甲基油酸酯的合成方法