由于石油是不可再生能源,随着世界工业化进程的加快及石油储量的减少,我国对于石油的需求量和进口量不断增加,大力发展生物柴油有利于经济的发展和国家能源安全。与传统石油相比,生物柴油具有优良的环保特性、低温启动性能、安全性能好、燃烧性能好、可再生性、经济性、可调和性以及可降解性。在合成生物柴油的各类催化剂中,炭基固体酸是一种新型的可用性很高的固体酸材料,这种催化剂制作简单,价格低廉,比表面积大,催化性能高,稳定性好,容易回收,腐蚀性小而且工业产生的废水易处理,因而引起了研究者的广泛关注。生物质炭基固体酸是以碳材料作为载体,通过对其表面负载酸性基团,得到的一种新型固体酸材料。用到的碳材料通常包括葡萄糖、淀粉、纤维素,废弃生物质、生物质木粉等大分子碳氢化合物,这种材料来源广泛,廉价易得,可以因地制宜的种植。本实验以廉价易得的马铃薯粉和糯米粉作为原材料,经过不完全炭化-磺化法制备了生物质炭基固体酸催化剂,将其应用于油酸与甲醇的酯化反应中,分别考察了炭化的温度、时间、升温速率以及磺化的温度、时间等制备条件对油酸转化率的影响,并用正交实验考察了醇油摩尔比、催化剂用量、酯化反应时间和酯化反应温度对油酸转化率的影响,并计算了两种催化剂催化下,酯化反应的动力学参数。对马铃薯粉炭基固体酸催化剂的研究结果表明:最佳炭化温度为250℃,炭化时间为2 h;最佳磺化温度为150℃,磺化时间2 h。正交实验测得,经炭化-磺化法制备的炭基固体酸催化剂,利用XRD、SEM、FI-IR、BET、TG对样品进行表征,结果表明,该催化剂是芳香族碳片组成的无定型碳结构,呈现块状、疏松、边缘粗糙的形貌。该催化剂具有多环芳烃结构,而且磺酸基已成功负载。催化剂的孔结构主要以介孔为主,这能为反应物和活性位点之间的接触提供通道,有利于反应的进行,在200-300℃之间,炭化物利于形成易于与磺酸基结合的多环芳香结构。正交实验结果表明,在酯化温度65℃、酯化时间2.5 h、醇油比8:1、催化剂含量7%时,油酸转化率最佳,可高达96.09%,再生后的催化剂在重复利用5次后,油酸转化率仍可达89.56%。根据微分法计算反应的动力学,该反应的平均反应级数为1.15,活化能为3.99 kJ/mol,频率因子为3.94,单位为mol^-0.15·L^0.15·s^-1。对糯米粉炭基固体酸催化剂的研究结果表明:最佳炭化条件:温度300℃,时间3 h;最佳磺化条件:温度150℃,时间3 h。通过XRD、SEM、NH₃-TPD等表征手段进行表征,结果表明,磺化后使得炭化产物不定向程度增大,碳骨架之间进行了结构重整;-SO₃H官能团已负载到炭载体上;糯米粉炭基固体酸的形貌为无规则块状,有一定的孔隙,利于反应物分子在催化剂中的扩散。正交实验结果表明,在酯化温度65℃、酯化时间5 h、醇油比10:1、催化剂含量5%时,油酸转化率最佳,可高达92.39%,再生后的催化剂在重复利用5次后,油酸转化率仍可达76.09%。根据微分法计算反应的动力学,该反应的平均反应级数为1.17,活化能为2.4 kJ/mol,频率因子为2.26,单位为mol^-0.17·L^0.17·s^-1。以P123为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,首先合成了SBA-15,然后根据不同的负载量将Cr负载于SBA-15,得到Cr-SBA-15,考察了Cr的负载量、焙烧温度和焙烧时间对油酸转化率的影响,结果表明,在负载量8%、焙烧温度550℃、焙烧时间3 h时,油酸转化率可达88.76%。通过XRD、SEM、NH₃-TPD对催化剂进行表征,结果表明:Cr离子的引入使得SBA-15载体介孔的有序度降低,发生了骨架收缩;经过Cr改性后,Cr-SBA-15呈现大小不规则的米粒状,并没有改变SBA-15的原本形貌;引入铬后,峰面积增加,表明酸量明显增加,这说明铬是酯化反应的活性中心。对比了三种催化剂在催化效果、制备条件和重复使用性能方面的催化性能,结果表明:用马铃薯粉炭基固体酸做催化剂,在相同时间下能达到较高的转化率,便宜易得且来源广泛,成本较低。在回收五次以后,炭基固体酸催化剂的效果略优于分子筛催化剂。