【摘 要】
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生物柴油作为一种生物可降解、可再生、绿色环保的理想矿石燃料替代品,受到各国重视。课题组之前的研究证明,杭锦2#土可以有效地提高SO42-/MxOy型固体酸催化剂的比表面积,用于生物柴油(BD)的转酯化反应。然而,如何合理调控金属中心和配体之间的相互作用进而提高催化活性和选择性,一直是该类催化剂催化转酯化反应所面临的巨大挑战。本研究分别以La、Ce为助催化剂制备了SO42-/ZrO2-La2O3-杭
【基金项目】
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内蒙古科技厅科技成果转化项目生物柴油低温连续化生产中试技术研究2019CG018
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生物柴油作为一种生物可降解、可再生、绿色环保的理想矿石燃料替代品,受到各国重视。课题组之前的研究证明,杭锦2#土可以有效地提高SO42-/MxOy型固体酸催化剂的比表面积,用于生物柴油(BD)的转酯化反应。然而,如何合理调控金属中心和配体之间的相互作用进而提高催化活性和选择性,一直是该类催化剂催化转酯化反应所面临的巨大挑战。本研究分别以La、Ce为助催化剂制备了SO42-/ZrO2-La2O3-杭锦2#土(SZLa-HJ)、SO42-/ZrO2-Ce O2-杭锦2#土(SZCe-HJ)两种催化剂,NH3-TPD、Py-FTIR等表征结果表明,引入La、Ce可调节SO42-/ZrO2--杭锦2#土(SZ-HJ)的酸度分布,增加Bronsted和Lewis酸位的数量,并将催化剂更多的保持在Lewis酸位以促进转酯化反应的发生。利用稀土修饰粘土基催化剂制备生物柴油,对于提高稀土在催化剂改性方面的应用具有重要意义,也为学者研发生物柴油提供了参考。主要内容和研究成果总结如下:1.本文采用沉淀浸渍法制备了SZLa-HJ、SZCe-HJ两种催化剂,采用CCD(Central Composite Design)实验设计法对稀土用量、硫酸浓度、焙烧温度三因素进行分析、拟合,得到了数学模型。经优化后SZCe-HJ的制备条件:稀土Ce掺杂量为6.17wt.%,硫酸浓度1.57mol/L,焙烧温度为344℃,此时BD平均转化率为36.18%;优化后SZLa-HJ的制备条件:稀土La掺杂量为3.7wt.%,硫酸浓度为1.69mol/L,焙烧温度为357℃,此时BD平均转化率为28.77%。2.对SZCe-HJ、SZLa-HJ催化剂催化制备生物柴油进行活性评价,结果表明在同一条件下,催化活性:SZCe-HJ>SZLa-HJ,选定SZCe-HJ为最优催化剂,用于后续生物柴油的制备工艺研究。同时采用SEM、BET、XRD、XPS、NH3-TPD、Py-FTIR等多种表征方法对催化剂的晶相、热分解性能、孔结构、表面酸度及酸类型等进行表征。3.基于单因素结果,采用CCD实验设计优化了SZCe-HJ催化大豆油基生物柴油的制备工艺,结果表明最佳工艺参数为:醇油摩尔比30:1,催化剂用量3.06wt%,反应温度178℃,反应时间6h,此时BD平均转化率最高可达62.92%。此外发现催化剂稳定性良好,通过进一步对催化剂催化性能进行比较,发现生物柴油转化率:SZCe-HJ>SZLa-HJ>SZ-Ti(Contrast)>SZ(Contrast)>SZ-HJ,这进一步证明本文对催化剂的改性是成功的。
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