固体酸催化棉籽油酯交换制备生物柴油.pdf

第6卷第4期过程工程学报Vol . 6 No . 4 2006 年 8 月 The Chinese Journal of Process Engineering Aug. 2006收稿日期:2005?08?22,修回日期:2005?10?27 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(编号:2004CB719706)作者简介:陈和(1978?),男,江西省德兴市人,博士研究生,化学工程与工艺专业;王金福,通讯联系人,E-mail:******@.固体酸催化棉籽油酯交换制备生物柴油陈和, 王金福(清华大学化工系,北京 100084) 摘要:生物柴油(脂肪酸甲酯)可以由棉籽油与甲醇在酸催化剂的作用下通过酯交换反应制得. 通过硫酸改性氧化钛、氧化锆,并经过高温煅烧得到了相应的固体强酸催化剂TiO2?SO42?, ZrO2?SO42?,并对催化剂活性进行了评价. 实验结果表明,TiO2?SO42?和ZrO2?SO42?与改性前的氧化物相比具有较高的酯交换反应活性. 在230℃、醇油摩尔比12:1及催化剂用量为棉籽油2%(ω)的条件下,反应8 h后甲酯的收率达到90%以上. 与固体碱催化剂相比,固体酸催化剂对原料的酸度有更强的适应性. 红外吡啶吸附光谱表明,TiO2?SO42?与ZrO2?SO42?具有较强的L酸和B酸中心. 关键词:固体酸;生物柴油;酯交换;脂肪酸甲酯中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1009?606X(2006)04?0571?051 前言近年来,世界石油资源的日趋枯竭和石油燃烧造成的空气污染促使人们寻找新的替代能源. 由动、植物油脂通过与甲醇酯交换反应而生成的脂肪酸甲酯(生物柴油),作为潜在的柴油能源替代品,近年来受到越来越多的重视. 与普通柴油相比,生物柴油具有许多优点[1]:可生物降解,可再生,尾气排放中的有毒气体(SOx等) 大为降低等. 目前,世界各国都在积极进行生物柴油的生产和研究,欧盟、美国及日本等发达国家利用转基因油料培养技术的优势,已经建有工厂进行商业化生产,并在立法和税收上予以保护. 我国生物柴油的开发和研究尚处于起步阶段,随着我国经济的高速增长及世界范围的能源短缺,以及人们对环境保护的日益重视,开发和研究生物柴油这一绿色环保型燃料,以替代不断枯竭的石油能源已迫在眉睫. 我国幅员辽阔,多种植物油如大豆油、菜籽油及棉籽油产量丰富,这使将植物油用于生物柴油的制备有充足的原料保障. 动、植物油脂的主要成分为甘油三脂肪酸酯,完全的酯交换反应为分三步进行的连串可逆反应:Triglycerides+CH3OH?Diglycerides+R1COOH, Diglycerides+CH3OH?Monoglycerides+R2COOH, Monoglycerides+CH3OH? Glycerides+R3COOH, 传统反应工艺中采用的是均相催化剂强酸(硫酸)或强碱(KOH等)[2,3]. 在强碱的催化作用下,甘油三酯甚至在常温下就能与甲醇迅速反应得到较高收率的脂肪酸甲酯与甘油. 强酸的催化活性低于强碱,但在100~150℃下经过数小时反应后也能得到近乎100