鸭蛋壳生物柴油绿色催化剂的制备
目 录
1 引言 1
1.1 生物柴油的简述 1
1.2 生物柴油的制备方法 2
1.3 非均相催化剂在制备生物柴油中的研究现状 5
1.4 课题研究的背景及意义 7
2 实验部分 9
2.1 材料 9
2.2 试剂与仪器 9
2.3 实验方法 10
3 结果与分析 11
3.1 制备条件对催化剂的活性影响 11
3.2 生物柴油的分析 12
3.3 催化剂表征分析 13
3.4 催化剂重复使用对催化活性的影响 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
随着日益严重的全球性能源短缺与环境恶化，保护人类赖以生存的自然环境成为目前人类急需解决的问题。世界各国的能源研究人员从环境保护和资源战略的角度出发，积极探索发展清洁的替代燃料及可再生能源，生物柴油就是其中一种。
生物柴油是一种的绿色生物质燃料，属于可再生能源和低碳能源。生物柴油的
生产成本、产品质量与生产中所使用的催化剂有重大关系。目前制备生物柴油的主要制约因素之一就是成本高，生物柴油成本的来源大部分是原料成本，因此采用廉价原料及提高转化率，从而降低成本是生物柴油能否实现工业化的关键。利用废弃鸭蛋壳制备出一种固体碱催化剂并用于催化大豆油和甲醇酯交换反应制备生物柴油，此类非均相固体碱催化剂具有反应体系分离简单，且反应条件温和催化剂可重复使用，对设备腐蚀性小，对环境友好、绿色无污染等优点。在我国人多地少的情况下，不宜过多占用耕地种植生物柴油的原料，应因地制宜，利用山区种植的大豆油料植物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，或者利用废油、动物脂肪等原料，用于生物柴油的生产。解决原料问题的一个很好的方案是将废食用油脂回收利用，不仅解决了生物柴油的原料问题，降低了生物成本，且解决了废油脂的回收处理问题，使废物资源化。目前非均相生物柴油催化剂己成为研究生物柴油催化剂的主要方向之一，也是降低生物柴油生产成本的一个重要突破口。
生物柴油由于具有可再生性、闪点高、污染少等优点而备受关注。近年来对生物柴油的研究很多，尤其在催化剂方面取得了很大进展。传统的生物柴油生产方法使用强酸、强碱作催化剂，在工艺上存在不足，如分离催化剂和精制过程工序多，产生大量废水，催化剂分离与重复使用存在困难。导致生产成本增加。为了降低生物柴油的生产成本，近来的研究多集中于易分离和可重复使用的非均相催化剂，合成生物柴油的催化剂有酸、碱、盐、路易斯酸、金属氧化物、酶等。催化剂已成为研究生物柴油的主要方向之一，也是降低生产成本的一个突破口。
1.1 生物柴油的简述
1.1.1 生物柴油的定义
生物柴油是利用动植物油脂为原料,经反应改性后成为可供柴油内燃机直接使用的一种新型燃料。根据1992年美国国家生物柴油委员会（原称美国大豆开发委员会）定义生物柴油是指以动植物油脂等可再生生物资源为原料生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。
从化学成分上来说，生物柴油是由长链脂肪酸甲酯和乙酯等组成的一系列混合物。动物植物油脂分子中的碳链一般由14-18个碳原子构成，与石化柴油分子的碳数接近。一般化学法制备的生物柴油包含的有效碳原子数大概为16-19个左右，另外好的生物柴油一般应该含有比较长的碳直链；不含或含有很少的碳支链；不含芳香烃结构；有一定量的O元素；最好仅含一个碳碳双键(Harrington,1986)，这样的结构对生物柴油完全燃烧和减少污染物的排放量有好处。所以理想的柴油替代品可以用分子式C19H36O:表示，传统意义上的石化柴油分子的碳链是由16个左右的碳原子构成的，由于制备的生物柴油碳原子数及极性都与传统石化柴油相似，因此可以直接与石化柴油以任意比例混溶，得到完全均一的混合均相体系,方便直接使用(李玉芹和曾虹燕,2005)。
1.1.2 发展生物柴油的意义
据相关研究预测，地球上可开发利用的化石矿物能源将在二百年之内消耗殆尽，生物柴油具有无毒、可生物降解、可再生等特性，对解决当今世界面临能源短缺和环境污染两大问题具有重大的意义。发展生物柴油在我国具有巨大潜力，将对保障能源储备、保护生态环境、促进餐饮废油的再利用有相当重要的意义。
1.2 生物柴油的制备方法
生物柴油的制备通常分为两种类型即物理法和化学法。生产生物柴油一般由直接混合法、微乳化法和高温热裂解法、酯交换法。其中，直接混合法和微乳化法属于物理方法，高温裂解法和酯交换法属于化学法。人们研究了微乳化法和直接混合法等来降低植物油的粘度，使其性质更接近于柴油，但是在实际的应用和推广上都受到了不同程度的限制，如因氧化和聚合而形成的凝胶、碳沉积、润滑油粘度增大和润滑油污染等问题；而化学法中的高温热裂解法又存在着裂解设备昂贵、控制难度大，主要的产品是生物汽油，生物柴油只是副产物。相比之下，酯交换法反应条件温和，易于控制。同时催化剂的加入大大缩短了反应周期，提高了产率，副产品甘油也有很高的经济价值。此法是目前生产生物柴油的主要方法。它主要包括酸催化、碱催化、生物酶催化和超临界酯交换法。
1.2.1 直接混合法
直接混合法就是将天然油脂与柴油、溶剂或醇类按一定的比例混合直接用作发动机燃料。1983年Adams等[1]将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1:1和1:2的比例混合，在直接喷射涡轮发动机上进行600 h的试验。当两种油品以1:1混合时，会出现润滑油变浑以及凝胶化现象，而1:2的比例不会出现该现象，可以作为农用机械的替代燃料。将葵花籽油与普通柴油以1：3的体积比混合，40 ℃时测得该混合物不适合在直喷柴油发动机中长时间使用，而对红花油与普通柴油的混合物进行的试验效果理想，但在长期使用过程中该混合仍会导致润滑油变浑。Petersom[1,2]研究使用油菜籽油与1号柴油以70:30的比例混合，在柴油机上成功运行了850 h。
1.2.2 微乳化法
动植物油与溶剂混合制成微乳状液可以降低动植物油粘度。微乳状液是一种透明的、热力学稳定的胶体分散系，是由两种互不相溶的液体混合而形成的。1982年Gcoring等[3]用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液，这种微乳状液除了十六烷值较低之外，其他性质均与2号石化柴油相似。Neuma等[4]使用表面活性剂、助表面活性剂、水、炼制柴油和大豆油为原料，开发了可替代柴油的新的微乳状液体系，其性质与石化柴油最为接近。
杂多酸 H2P12WO40,H4SiW12O40,H3PMO12O40等
阳离子交换树脂 苯乙烯-二乙烯基苯共聚物 Nafion-H
天然粘土 矿高岭土，膨润土，蒙脱土
固体超强酸 WO3/ZrO2,SO4/ZrO2,MoO3/ZrO2
近年来，随着固体酸催化剂研究的不断深入，又进一步把固体酸细分为四大类：
先将粗KBr研细，放入烘箱烘干。取适量KBr置于玛瑙研钵中，加入少量氧化钙固体碱催化剂，混合研磨，压片。将压好的片放入傅里叶变换红外光谱仪中，在4000~400 cm-1的范围内进行红外扫描，表征氧化钙固体碱催化剂的结构。
1 引言 1
1.1 生物柴油的简述 1
1.2 生物柴油的制备方法 2
1.3 非均相催化剂在制备生物柴油中的研究现状 5
1.4 课题研究的背景及意义 7
2 实验部分 9
2.1 材料 9
2.2 试剂与仪器 9
2.3 实验方法 10
3 结果与分析 11
3.1 制备条件对催化剂的活性影响 11
3.2 生物柴油的分析 12
3.3 催化剂表征分析 13
3.4 催化剂重复使用对催化活性的影响 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
随着日益严重的全球性能源短缺与环境恶化，保护人类赖以生存的自然环境成为目前人类急需解决的问题。世界各国的能源研究人员从环境保护和资源战略的角度出发，积极探索发展清洁的替代燃料及可再生能源，生物柴油就是其中一种。
生物柴油是一种的绿色生物质燃料，属于可再生能源和低碳能源。生物柴油的
生产成本、产品质量与生产中所使用的催化剂有重大关系。目前制备生物柴油的主要制约因素之一就是成本高，生物柴油成本的来源大部分是原料成本，因此采用廉价原料及提高转化率，从而降低成本是生物柴油能否实现工业化的关键。利用废弃鸭蛋壳制备出一种固体碱催化剂并用于催化大豆油和甲醇酯交换反应制备生物柴油，此类非均相固体碱催化剂具有反应体系分离简单，且反应条件温和催化剂可重复使用，对设备腐蚀性小，对环境友好、绿色无污染等优点。在我国人多地少的情况下，不宜过多占用耕地种植生物柴油的原料，应因地制宜，利用山区种植的大豆油料植物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，或者利用废油、动物脂肪等原料，用于生物柴油的生产。解决原料问题的一个很好的方案是将废食用油脂回收利用，不仅解决了生物柴油的原料问题，降低了生物成本，且解决了废油脂的回收处理问题，使废物资源化。目前非均相生物柴油催化剂己成为研究生物柴油催化剂的主要方向之一，也是降低生物柴油生产成本的一个重要突破口。
生物柴油由于具有可再生性、闪点高、污染少等优点而备受关注。近年来对生物柴油的研究很多，尤其在催化剂方面取得了很大进展。传统的生物柴油生产方法使用强酸、强碱作催化剂，在工艺上存在不足，如分离催化剂和精制过程工序多，产生大量废水，催化剂分离与重复使用存在困难。导致生产成本增加。为了降低生物柴油的生产成本，近来的研究多集中于易分离和可重复使用的非均相催化剂，合成生物柴油的催化剂有酸、碱、盐、路易斯酸、金属氧化物、酶等。催化剂已成为研究生物柴油的主要方向之一，也是降低生产成本的一个突破口。
1.1 生物柴油的简述
1.1.1 生物柴油的定义
生物柴油是利用动植物油脂为原料,经反应改性后成为可供柴油内燃机直接使用的一种新型燃料。根据1992年美国国家生物柴油委员会（原称美国大豆开发委员会）定义生物柴油是指以动植物油脂等可再生生物资源为原料生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。
从化学成分上来说，生物柴油是由长链脂肪酸甲酯和乙酯等组成的一系列混合物。动物植物油脂分子中的碳链一般由14-18个碳原子构成，与石化柴油分子的碳数接近。一般化学法制备的生物柴油包含的有效碳原子数大概为16-19个左右，另外好的生物柴油一般应该含有比较长的碳直链；不含或含有很少的碳支链；不含芳香烃结构；有一定量的O元素；最好仅含一个碳碳双键(Harrington,1986)，这样的结构对生物柴油完全燃烧和减少污染物的排放量有好处。所以理想的柴油替代品可以用分子式C19H36O:表示，传统意义上的石化柴油分子的碳链是由16个左右的碳原子构成的，由于制备的生物柴油碳原子数及极性都与传统石化柴油相似，因此可以直接与石化柴油以任意比例混溶，得到完全均一的混合均相体系,方便直接使用(李玉芹和曾虹燕,2005)。
1.1.2 发展生物柴油的意义
据相关研究预测，地球上可开发利用的化石矿物能源将在二百年之内消耗殆尽，生物柴油具有无毒、可生物降解、可再生等特性，对解决当今世界面临能源短缺和环境污染两大问题具有重大的意义。发展生物柴油在我国具有巨大潜力，将对保障能源储备、保护生态环境、促进餐饮废油的再利用有相当重要的意义。
1.2 生物柴油的制备方法
生物柴油的制备通常分为两种类型即物理法和化学法。生产生物柴油一般由直接混合法、微乳化法和高温热裂解法、酯交换法。其中，直接混合法和微乳化法属于物理方法，高温裂解法和酯交换法属于化学法。人们研究了微乳化法和直接混合法等来降低植物油的粘度，使其性质更接近于柴油，但是在实际的应用和推广上都受到了不同程度的限制，如因氧化和聚合而形成的凝胶、碳沉积、润滑油粘度增大和润滑油污染等问题；而化学法中的高温热裂解法又存在着裂解设备昂贵、控制难度大，主要的产品是生物汽油，生物柴油只是副产物。相比之下，酯交换法反应条件温和，易于控制。同时催化剂的加入大大缩短了反应周期，提高了产率，副产品甘油也有很高的经济价值。此法是目前生产生物柴油的主要方法。它主要包括酸催化、碱催化、生物酶催化和超临界酯交换法。
1.2.1 直接混合法
直接混合法就是将天然油脂与柴油、溶剂或醇类按一定的比例混合直接用作发动机燃料。1983年Adams等[1]将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1:1和1:2的比例混合，在直接喷射涡轮发动机上进行600 h的试验。当两种油品以1:1混合时，会出现润滑油变浑以及凝胶化现象，而1:2的比例不会出现该现象，可以作为农用机械的替代燃料。将葵花籽油与普通柴油以1：3的体积比混合，40 ℃时测得该混合物不适合在直喷柴油发动机中长时间使用，而对红花油与普通柴油的混合物进行的试验效果理想，但在长期使用过程中该混合仍会导致润滑油变浑。Petersom[1,2]研究使用油菜籽油与1号柴油以70:30的比例混合，在柴油机上成功运行了850 h。
1.2.2 微乳化法
动植物油与溶剂混合制成微乳状液可以降低动植物油粘度。微乳状液是一种透明的、热力学稳定的胶体分散系，是由两种互不相溶的液体混合而形成的。1982年Gcoring等[3]用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液，这种微乳状液除了十六烷值较低之外，其他性质均与2号石化柴油相似。Neuma等[4]使用表面活性剂、助表面活性剂、水、炼制柴油和大豆油为原料，开发了可替代柴油的新的微乳状液体系，其性质与石化柴油最为接近。
杂多酸 H2P12WO40,H4SiW12O40,H3PMO12O40等
阳离子交换树脂 苯乙烯-二乙烯基苯共聚物 Nafion-H
天然粘土 矿高岭土，膨润土，蒙脱土
固体超强酸 WO3/ZrO2,SO4/ZrO2,MoO3/ZrO2
近年来，随着固体酸催化剂研究的不断深入，又进一步把固体酸细分为四大类：
先将粗KBr研细，放入烘箱烘干。取适量KBr置于玛瑙研钵中，加入少量氧化钙固体碱催化剂，混合研磨，压片。将压好的片放入傅里叶变换红外光谱仪中，在4000~400 cm-1的范围内进行红外扫描，表征氧化钙固体碱催化剂的结构。
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