负载型稀土金属固体碱制备及其催化酯交换性能研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:khsim
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目前,生物质能源和化学品在解决化石能源干涸、节能减排、国家战略能源储备等方面体现出重要作用。生物柴油相对于传统的化石燃料,其具有生物可降解性、再生性、闪点高、无毒,并能和化石燃料混合使用等优点。一般,生物柴油的制备多采用均相酸或碱催化剂催化酯交换反应得到,但由于均相酸或碱催化剂容易腐蚀反应设施、与产物难分离等不足。因而近些年来,人们在不断的探索尝试运用固体碱催化剂用于生物柴油的制备。随着化石燃料面临严峻的缺乏,发展制备生物柴油的技术刻不容缓,其中用于酯交换的催化剂起到重要的作用。本文的主要研究内容如下:(1)本文采用水热法制备催化剂载体ZrO2-CeO2,通过浸渍法引入KF提高其催化剂的碱度,将最终得到的催化剂用于酯交换反应制备生物柴油。采用XRD,N2吸附-脱附,FT-IR,CO2-TPD,TEM-EDS和Raman等测试表征催化剂的物化性质,结果表明在CeO2中引入ZrO2有利于提高催化剂载体的热稳定性,提供更多的氧空穴;在载体ZrO2-CeO2上引入KF有利于提高催化剂整体的碱度。在最佳条件:KF负载量为15 wt.%(相对于大豆油),焙烧温度为400℃,醇油比为20:1,催化剂用量为5 wt.%(相对于大豆油),反应温度为65℃,反应时间为5 h时对大豆油与甲醇进行酯交换制备生物柴油收率最高达到99.8%。(2)本文采用共沉淀法制备CeO2-MgO催化剂载体,然后再通过浸渍法负载KF提高催化剂的碱强度,将最终制备的催化剂用于酯交换反应,从而合成生物柴油。在焙烧的过程中,MgO晶型遭到破坏发生晶格缺陷,KF和MgO之间产生相互作用,进而生成新的强碱物种KMgF3,以提供强碱活性催化中心。采用XRD,N2吸附-脱附,TG-DTA,SEM,CO2-TPD,TEM和Raman等测试表征可以得知所制备的催化剂呈球状,将有利于提高催化剂的比表面积,使得原料与碱性活性位点具有更大的接触面积。在最佳条件:KF负载量为12.5 wt.%(相对于大豆油),焙烧温度为400℃,醇油比为25:1,催化剂用量为5 wt.%(相对于大豆油),反应温度为65℃,反应时间为6 h时对大豆油与甲醇进行酯交换制备生物柴油的收率最高达到98.6%。
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