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摘 要

油酸和乙醇合成油酸乙酯的酯化反应催化剂是酸催化剂，而固体酸有种环保、可重复使用等优点而逐步取代了常规的液体酸催化剂。本课题通过制备一系列不同载体固载化的固体酸催化剂，考察了其催化油酸和乙醇反应制备生物柴油的催化性能，结果表明活性炭固载的固体酸催化剂SP/HXT有较好的催化活性。以SP/HXT为催化剂考察了油酸和乙醇合成生物柴油的一系列工艺条件。研究表明:在120 ℃下，醇油摩尔质量比为10:1，催化剂用量为30 %（以反应物质量%计），反应时间为5 h的条件下，生物柴油产率到达94.49 %。该催化剂重复使用5次后,该催化剂的活性基本保持不变,表明该固体酸催化剂是一种有潜力的新型酯化有机-无机复合催化材料。

关键词：油酸 生物柴油 酯化反应 固体酸催化剂

Esterification to prepare biodiesel with solid acid catalyst

Abstract

Biodiesel can be synthesised by Oleic and ethanol through esterification. And the catalyst is a solid acid catalyst, which is enviromentally friendly, reusable and etc. It gradually takes the place of the conventional liquid acid catalyst. In this paper, A series of solid acid catalysts were prepared for the synthesis of biodiesel. The results indicated that under the same conditions, catalyst which is loaded by activated carbon can achieve higher conversion rate. So we use the SP/HXT to catalyze the action of oleic acid and ethano . Study the optimal conditions further, the results show that the ethanol/oleic acid ratio of 10:1 and the catalyst/reactant ratio of 30 % give the highest yield of 94.49 % FAME at 120 ℃ in 5h.The excellent yield and perfect reusability during a five-recycle test demonstrated that the solid acid catalyst was a very potential organic-inorganic hybrid catalyst.

Key Words: Oleic acid；Biodiesel；Esterification；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 生物柴油的合成方法 2

1.3 酯化反应的固体酸催化剂 2

1.3.1固体酸催化剂的优点 2

1.3.2 固体酸催化剂的研究报道 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 5

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 6

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 油酸和乙醇的酯化反应 7

2.2.4产物分析 8

第三章 实验结果与讨论 9

3.1不同催化剂比较 9

3.2 工艺条件优化 9

3.2.1 反应时间对产率的影响 10

3.2.2 催化剂用量对转化率的影响 10

3.2.3 反应温度对产率的影响 11

3.2.4 醇油摩尔比对转化率的影响 12

3.3 催化剂的重复利用性 13

3.4 本章小结 14

第四章 结论与展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 15

参考文献 16

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1前言

目前世界上人口接近73亿，由于人口极具膨胀，人们利用化石能源增多。但是化石能源的大量使用，使全球环境压力增加，同时化石能源资源急剧减少，使世界上不少国家都意识到了寻找新的能源与可再生能源的重要性。有些国家已经从经济、政治和技术等方面着手，出台了一系列的法律法规和政策措施，使新能源与可再生能源技术得到商业化和产业化的有力保障。生物柴油因其具有相当多的优点，已经在一些发达国家和地域陆续使用^[1]。它的十六烷值较高，故比石油柴油的燃烧性能好，因此对生物柴油这一清洁能源的大力推广使用，对于能源的推进替代，经济的可持续发展，环境压力的减轻以及城市大气污染的控制起到了极其重要的作用。

生物柴油是指由动植物油脂等一些可再生的油脂与甲醇或乙醇产生一系列反应制备而成的可再生能源。而且动物油脂的来源相当广泛^[2-3]。现今，工厂上制备生物柴油主要采用豆油、斑皮抽水树油、芙蓉树油、谷糠油脚料、植物黄油、荤油等动植物油脂作为原材料^[3]。生物柴油作为一种新型能源，不仅在环境友好和原料可再生方面相较于石油柴油存在优势，在其他方面仍存在着不可逾越的优点^[5-8]。首先生物柴油中硫元素占的比例很低，故其燃烧后产生的硫的氧化物和硫化物的释放量也很低，符合安全排放的指标；其次它的降解速度是火油煤油的2倍，一旦发生可怕的泄露事故，可运用其高生物可降解性使其降解，对生态环境的危害降至最低；再者生物柴油燃烧后产生的气体中不含有火油煤油燃烧后产生的芳香族化合物，这对人体的危害削减到最低；生物柴油还能够在较低的温度下使发动机运转作用；生物柴油的十六烷值较高，这是一种测定其燃烧质量的标准物质，因此其抗爆性能和燃烧机能都比石油柴油优越；生物柴油的闪点较高，这是保证安全的指标，这个指标高，说明它可以进行一连串安全的操作；它的含水量很高，水分能够降低油脂的粘稠度，因此它具有很好的滑动性能；生物柴油的含氧量较石油柴油高，意味着在生物柴油的燃烧过程中，耗氧量减少，排放的烟雾量减少，可促进燃烧点火的效果。同时，生物柴油的稳定性好，长期保存也不会变质，它不仅可以作为一种添加剂部分添加到石油柴油中，完全混合后使用，而且生物柴油本身也可作为一种燃料，可单独使用发挥作用。总而言之,生物柴油是一类对人类无毒无害，对生态无污染的优质能源。

生物柴油经过燃烧使用后释放的气体中含有的有毒的物质含量非常低，而且其良好的生物分解能力，对周围环境的环保效果也是显而易见的^[9]。目前有些国家尝试使用压缩天然气、氢燃料和二甲醚等燃料作为替代石油柴油的新型燃料，但成本较高。然而使用生物柴油只需较少的系统投资，原来使用的一些设备等基本也无需改动，进一步节约了成本^[10]。

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