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生物柴油,是一种以植物油、动植物油等可再生的生物油脂通过醇解反应合成的长链脂肪酸单烷基酯。该燃料作为一种理想化石燃料替代物,在全球备受关注。
目前,生产生物柴油应用最多的生产工艺就是均相碱催化法(常用催化剂有NaOH、KOH、甲醇钠等),可高效率催化多种原料油进行酯交换反应,但同时会造成大量的废水,产品催化剂分离也较难。因此人们开始研究用非均相催化法代替均相催化法。非均相催化剂应用于生物柴油制备工艺,催化剂与产品易分离,催化剂可重复使用,可连续化生产,废弃物较少,等等。因此,该法不仅具有技术经济可行的优势,还具有环保效益。
本文以KF/CaO-Na3PO4为固体碱催化剂,催化大豆油进行酯交换反应。本文的首要目标是通过试验寻找恰当的制备方法,进而研究催化剂的孔隙结构对酯交换反应的效率(TG转化率)是否有影响。催化剂的制备选用等体积浸渍法。选用KF是由于其具有一定的碱性,选用CaO与Na3PO4.12H2O是由于与KF在高温煅烧过程中能够形成高度孔隙率的物质。
本文系统地探讨了不同的反应条件对TG转化率的影响,并且对催化剂作了表征。研究结果表明,材料(KF、CaO、Na3PO4.12H2O)的添加顺序在制备催化剂时具有重要的影响；Na3PO4.12H2O的添加对空隙结构影响较大,并能够直接影响酯交换反应催化效率。催化剂KF/CaO-Na3PO4的最佳制备条件是在高温500℃下煅烧5 h,其中KF与CaO的比例是1:2,Na3PO4与CaO的比例是3:5。当反应温度为65℃(甲醇沸点),反应时间小于1小时,12:1的醇油摩尔比,3 wt.％的催化剂用量,可获得最佳TG转化率(>99％)。
另外,催化剂KF/CaO-Na3PO4的颗粒大小越1-4mm,而且在产物体系里催化剂颗粒并无小块脱落,此特性解决了催化剂与产品的分离问题,在生物柴油产业化生产中具有广阔的应用前景。