HTLCs-M催化剂微结构设计及催化微藻制备生物柴油活性调控
HTLCs-M Microstructure Design And Catalyst Activity of The Preparation of Biodiesel by Using Microalgae Oil
传统石化燃料的日益枯竭,逐渐加剧的温室效应以及能源成本的不断提高等现实条件迫使人们加快寻找与开发清洁、高效的可再生能源替代化石燃料能源的脚步.生物柴油作为新兴的可再生生物燃料,因其高含氧量、燃烧充分、可生物降解的、环境友好等优势备受关注.生物柴油的工业化生产主要是在均相催化剂的催化下进行的,此类催化剂在温和的反应条件下表现出较高的催化活性,但均相碱性催化剂在使用过程中对原料预处理要求苛刻,催化剂与产物分离困难,产物后处理产生大量废酸/碱液,污染环境.为了降低生物柴油的生产成本、产品分离难度,开发研制低成本、高效、重复利用性良好、性质稳定的固体碱催化剂是目前研究的热点.本文制备了两种新型固体碱催化剂,用于催化微藻油脂和甲醇的酯交换反应制备生物柴油.通过过饱和共沉淀法将过渡金属Zn掺杂在Ca Mg Al-LDHs类水滑石固体碱催化剂中,生成Zn/CaMg Al-LDHs新型固体碱催化剂.通过热分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和化学吸附(CO2-TPD)对催化剂结构进行表征.通过对催化剂结构的表征和催化活性的评价,研究催化剂结构与催化性能的关系,研究表明:Zn/Ca Mg Al-LDHs具有类水滑石典型的层状结构,经450℃焙烧后比表面积显著增加,且用于催化微藻油脂与甲醇反应制备生物柴油具有较高的催化活性.结合交换反应条件优化的结果表明,Zn2+的掺杂量为12%,反应温度65℃,反应时间4 h,n(甲醇):n(微藻油)=14:1,m(12Zn-LDHs):m(微藻油)=4%,生物柴油收率高达94%,且重复利用性良好.值得注意的是,Zn/CaMgAl-LDHs具有较好的抗酸耐水性能,当反应体系的含水量为13%、FAA含量高达15%时,生物柴油收率仍保持在85%以上.通过过饱和共沉淀法将过渡金属Ni掺杂在Ca MgAl-LDHs类水滑石固体碱催化剂中,生成Ni/Ca MgAl-LDHs新型固体碱催化剂,然后对其结构进行表征,并对Ni2+负载量(%)、甲醇与微藻油脂摩尔比、反应时间(h)、催化剂用量(%)、和反应温度(℃)对生物柴油收率(%)的影响进行研究.研究结果表明,当Ni2+的掺杂量为12%时,Ni/CaMg Al-LDHs催化活性最高;当醇油摩尔比为12:1,催化剂用量为微藻油脂质量的3%,65℃反应3 h时,微藻新型生物柴油的收率高达96%,且重复利用性良好,在重复使用7次后,生物柴油收率仍高于83%.
- 作者：
- 苗双
- 学位授予单位：
- 东北石油大学
- 专业名称：
- 化学工程与技术
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 陈颖
- 中图分类号：
- TE667；O643.36
- 关键词：
- 类水滑石催化剂；微藻；生物柴油；酯交换反应
- hydrotalcite-like compounds catalyst; microalgae; biodiesel; ester exchange reaction;