论文部分内容阅读
Pickering乳液界面催化（PIC）体系因其具有较大的相界面面积、催化剂易回收、可重复利用等特性而在催化领域有着巨大的应用潜力。本文设计并制备了一系列胍基表面改性的气相二氧化硅颗粒,研究其对大豆油/甲醇PIC体系的乳化催化性能。研究内容及结论如下:（1）利用化学接枝方法在气相SiO2纳米颗粒表面接枝两种链长的四甲基胍基,制备了单功能化固体颗粒SiO2-TMG和SiO2-G。两种颗粒均可稳定大豆油/甲醇Pickering乳液。并且SiO2-TMG颗粒浓度的增加有利于乳液的稳定性。两种颗粒均可催化大豆油与甲醇生成生物柴油的酯交换反应,研究发现,随着颗粒浓度的增加和反应时间的延长,大豆油的转化率逐渐增大;短链胍基改性的SiO2-G比长链胍基改性的SiO2-TMG乳化性能和催化性能都更为优良,然而,与SiO2-G需要耗时耗能的超声乳化不同,SiO2-TMG仅需手摇即可快速成乳,因此,两种颗粒各有优势。（2）在单胍基改性SiO颗粒的基础上,我们将胍基和不同链长的疏水性烷基链（Cn）相结合,制备了双功能化固体颗粒Cn-SiO2-TMG（n=4,8,12,16）。利用红外光谱、X-射线光电子能谱及BET分析对双功能化固体颗粒进行表征,结果表明,胍基和烷基成功接枝于SiO2颗粒表面,改性后颗粒的微观形貌未发生改变,比表面积略有下降,孔体积和孔径基本保持不变。（3）Cn-SiO2-TMG颗粒可形成稳定的大豆油/甲醇Pickering乳液。随着颗粒浓度的增大,乳液液滴直径逐渐减小,乳液体积分率增加;除C4-SiO2-TMG颗粒的乳化性能较差外,Cn-SiO-TMG（n=8,12,16）颗粒的乳化性能明显提升。Cn-SiO2-TMG颗粒可催化乳化大豆油-甲醇两相系统进行酯交换反应以制备生物柴油。实验结果表明,C8-SiO2-TMG颗粒作为催化剂,转化率随颗粒浓度的增加呈现先增加后下降的趋势,这是体系中粘度与催化活性位点数量竞争的结果;转化率随反应时间增加而稳速增加;反应温度的提升有利于转化率的提高,该催化体系反应活化能E’α约为26.8 kJ.mol-1,说明此体系是化学反应控制。对比不同烷基链长对催化性能的影响发现,随着烷基链长的增加,单位胍基转化率呈现先增加后下降的趋势,C8-SiO2-TMG和C12-SiO2-TMG颗粒具有最优的催化性能,这是由于烷基链过短不能很好的乳化反应体系,而烷基链过长则会屏蔽胍基链上的催化活性位点,抑制了催化效果;当烷基链长与催化官能团链长相当时,乳化性能和催化性能共同实现最佳。