固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸.doc
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1、固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸 作者: 日期:41 个人收集整理 勿做商业用途固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸目 录摘要 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 2英文摘要 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 3 前言 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 41。材料与方法
2、 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 71.1 实验材料 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 71。2 试验方法 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 71。3 分析计算方法 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 81.3.1 酸值的测
3、定方法 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 81。3。2 皂化值的测定方法 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 81.3。3 相对分子质量的计算方法 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 82。结果与讨论 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 92。1 不同催化剂对降酸的影响 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.
4、。. 92。2 单因素实验 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 92。2.1 低酸值花椒籽油 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 92.2.1.1 醇油摩尔比对降酸的影响 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 92.2.1.2 催化剂量对降酸的影响 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 102。2.1。3 反应时间对降酸的影响 。.。.。.。.。.。.。.。
5、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 102。2。2 高酸值花椒籽油 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 112。2。2.1 醇油摩尔比对降酸的影响 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 112.2。2.2 催化剂量对降酸的影响 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 122.2。2.3 反应时间对降酸的影响 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 123.结论 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。
6、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 13参考文献 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 14附录 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 15致谢 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 191固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸学生:杨锐指导教师:张军华摘 要:利用
7、动植物油脂生产生物柴油是现今研究的热点.为了研究固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸的性能,本文分别采用了Fe2(SO4)3xH2O、SnCl45H2O、NaHSO4H2O三种典型的无机盐类固体酸作为催化剂催化酯化花椒籽油,并在较优催化剂Fe2(SO4)3xH2O催化下,考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应时间等因素对不同酸值的两种花椒籽油酯化反应的影响.结果表明,在相同的反应条件下,所选择的三种催化剂中水合硫酸铁催化活性相对较好。且以水合硫酸铁作催化剂时,降酸效果随着醇油摩尔比、催化剂用量、反应时间的增加而越来越好,但酸值下降的趋势越来越不明显。酸值为41.02 mgKOH/g的高酸值花椒籽油
8、,在醇油摩尔比为241,催化剂量为2,反应时间3 h的条件下酸值可降至1.18 mgKOH/g,远远低于要求的2 mgKOH/g,可见水合硫酸铁Fe2(SO4)3xH2O具有良好的催化活性,完全可以作为一种优秀的固体酸催化剂代替传统的催化剂浓硫酸。关键词:固体酸;生物柴油;酯化;花椒籽油2固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸Solid Acid-catalyzed Esterification of Free Fatty Acids in Vegetable OilGraduate student: Yang Rui Supervisor: Junhua ZhangAbstract:It is
9、 a hot topic of producing biodiesel with vegetable oils or animal fats nowadays. In this paper, using three typical kinds of solid acid (Fe2(SO4)3xH2O、SnCl45H2O、NaHSO4H2O) as catalysts for esterification ofZanthoxylum bungeanum seed oil, and the influence of molar ratio of methanol/oil, dosage of ca
10、talyst and reaction time were investigated in the presence of hydrated ferric sulfate(Fe2(SO4)3xH2O) used as catalyst。 The results showed that in the same reaction conditions hydrated ferric sulfate catalyst has a better catalytic activity in the three kinds of catalysts。 And when hydrated ferricsul
11、fate as a catalyst, with more molar ratio of methanol/oil、dosage of catalyst and reaction time, the catalytic activity is morebetter, but the trend gettingmoreand moreobscure.Zanthoxylum bungeanum seed oil whose Acid value is 41.02 mgKOH/g can be reduced to 1。18 mgKOH/g under the conditions of molar
12、 ratio of methanol/oil 241 , volume 2% catalyst and reaction time 3 hours, much lower than the requirements of 2 mgKOH/g。 It can be seen that the hydrated ferric sulfate(Fe2(SO4)3xH2O)is with a good catalytic activity, and it could well serve as an excellent alternative to conventional catalyst of c
13、oncentrated sulfuric acid.Key words:Solid acid;Biodiesel;Esterification;Zanthoxylum bungeanum seed oil3固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸前 言随着世界经济的发展,全世界对能源的需求量越来越大,化石燃料已经不能满足世界经济发展的需要。据专家估测,为来80100年间,原油资源将会枯竭,所以各国对石油能源的争夺将更为激烈。而以生物质为原料生产的生物柴油作为一种可再生的清洁能源,目前已经收到世界各国的普遍关注1。在我国,随着经济的高速发展,石油能源消耗巨大.2003年我国已成为仅此于美国的世界第二
14、大能源消耗国。自1993年我国成为石油进口国以来,石油进口量以每年4%的速度增长。到2020年,我国的石油消耗量预计将达到4。5亿吨左右,那个时候的石油对外依存度将达到60。原油进口已成为我国能源安全的重大隐患。依靠我国现有的资源显然不能完全解决供需矛盾,大量依靠进口不仅浪费巨额的外汇储备,还给国家石油安全造成相当的隐患。而且,我国作为传统的农业大国,发展生物柴油产业在我国有着很大的潜力,在保障石油安全、保护生态环境、促进农业和制造业发展、提高农民收入等方面都具有相当重要的作用。生物柴油是以动植物油脂和工业、餐饮业废弃油脂为原料,与甲醇、乙醇等低碳醇进行酯交换反应得到的一种性质近似于柴油的长链
15、脂肪酸单烷基酯2。在现有柴油发动机中,生物柴油有非常理想的燃烧性能,热值,燃烧稳定性、低温启动性等多项指标均优于石化柴油,同时它也是唯一全部达到美国“清洁空气法所规定的健康影响检测要求的替代燃油3。生物柴油由于其具有低硫量、低芳烃含量、极好的润滑性、可再生、对环境友好等优点使得它成为一种矿物柴油的很好替代品,具有极大的应用前景46.生物柴油的制备方法很多,但概括来讲,可分为物理法、化学酯交换法。物理方法又可分为直接混合法、微乳液法、高温热裂解法,直接混合法就是将天然油脂与石化柴油、溶剂或醇类按不同的比例直接混合后作为发动机燃料,微乳液法就是将动植物油与甲醇、乙醇和丁醇等溶剂混合,制成微乳状液,
16、而高温热裂解法就是在空气或氮气流中,由热能引起化学键断裂而产生小分子的过程,甘油三酯高温裂解可生成一系列混合物,包括烷烃、烯烃、芳烃和羧酸等,不同的植物油热裂解可得到不同组成的混合物。上述几种生物柴油的制备方法中,使用物理法即直接混合法和微乳液法能够降低动植物油的薪度,但积炭、润滑油污染和低温稳定性等问题难以解决;而高温热裂解法得到的生物柴油主要成分是烃类化合物,其碳数分布及低温启动性能与石化柴油类似,但只是稳定性稍差的生物汽油,生物柴油只是其副产品。相比之下,酯交换法是一种更好的生物柴油制备方法。一般来说,按照有无催化剂和催化剂的种类,酯交换反应可以分为:超临界反应,酶催化的酯交换反应,均相
17、酸催化的酯交换反应,固体酸催化的酯交换反应,均相碱催化的酯交换反应,固体碱催化的酯交换反应7。4固体酸催化酯化植物油脂中的游离脂肪酸目前,生物柴油最常用的生产方法是采用均相碱催化法(如NaOH和KOH)进行酯交换反应。但该方法要求原料中的游离脂肪酸(FFAS)质量分数不能超过0。5,或油脂酸值要求在2 mgKOH/g以下,否则碱催化剂会和游离脂肪酸发生皂化反应而失活,就将严重地影响燃料级生物柴油的生产8,9.因其对原料纯度比较敏感, Lepper等10采用一个预处理步骤来减少游离脂肪酸的含量,即在H2SO4催化剂的存在下油脂中的脂肪酸与甲醇进行酯化反应,使油脂酸值降低,再用碱性催化剂进行酯交换
18、反应.但该过程在碱性催化剂进行酯交换反应之前,必须脱出油相中的H2SO4,遗留在油相中的H2SO4还需要加人过量的碱中和11。由于硫酸具有脱水和氧化作用,生成众多副产物,导致产物分离工艺复杂和环境污染,而且对设备产生强烈的腐蚀的缺陷。为了克服硫酸作催化剂的这些缺点,国内外学者一直在探索更好的催化剂,乙酰氯、亚硫酰氯、氯磺酸等液体酸以及聚磷酸酯、碳化二亚胺、氯甲酸酯等非酸催化剂都是较成功的例子。特别是固体酸催化剂,具有易于分离、回收或再生、无废酸排放等优点,吸引了人们的广泛注意,取得显著效果12.与传统的酸碱催化剂相比,固体酸是一种绿色环保型催化剂.一方面它不受原料中游离脂肪酸和水分的影响,可以
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