功能化季銨鹽離子液體催化地溝油一步法制備生物柴油的研究.pdf

1、能源在人類的生產(chǎn)、生活中扮演了重要的角色,是關系到一個國家經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的重要戰(zhàn)略物資。在傳統(tǒng)能源即將消耗殆盡的今天,開發(fā)一種可再生的清潔能源——生物柴油愈來愈受到全社會的關注。然而生物柴油的生產(chǎn)成本80％左右來源于原料油,因此價格相對低廉的地溝油成為生產(chǎn)生物柴油的理想原料。目前中國市場上的廢棄地溝油油源相當充分,并且價格也便宜,用于制備生物柴油更加有益于環(huán)保。
　　動植物油脂和短鏈醇為原料被催化制得的長鏈脂肪酸甲酯類物質(zhì),稱

2、為生物柴油。目前,生物柴油的主要制備方法是酯交換法,如果考慮到經(jīng)濟和環(huán)境效益的話,就迫切需要一條更高效率的、相對安全的和對環(huán)境友好的生物柴油生產(chǎn)路線。作為優(yōu)良綠色催化劑和溶劑的代表——離子液體,已經(jīng)在化學反應中表現(xiàn)出了良好的效果,近年來受到了工業(yè)界的大力關注。目前酸性較強的酸型離子液體就是磺酸基功能化的離子液體,酯化酯交換法合成生物柴油表現(xiàn)出了很好的催化效果,能解決環(huán)境污染,生產(chǎn)設備腐蝕,成本高等問題,具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。
　　

3、本文以磺酸基功能化季銨鹽離子液體為催化劑,一步法催化酸值較高的地溝油制備生物柴油,主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)用三乙胺、丙烷磺內(nèi)酯和對甲苯磺酸三種物質(zhì)經(jīng)過兩步法,合成了三乙基磺丙基對甲苯磺酸銨[(CH3CH2)3N(CH2)3SO3H][C7H7O3S]離子液體,并用紅外譜圖和核磁共振譜圖對該離子液體進行光譜表征,經(jīng)過解析譜圖,結(jié)果表明所合成的離子液體符合其理論結(jié)構(gòu)特點,同時也表明該合成方法可行。
　　(2)對所合成的三乙

4、基磺丙基對甲苯磺酸銨離子液體進行 TGA分析,表明所合成的離子液體熱穩(wěn)定性良好,分解溫度在280℃以上,可以用于催化地溝油一步法制備生物柴油。
　　(3)對地溝油經(jīng)除雜、脫色和脫水等簡單的預處理,將預處理的地溝油甲酯化后,通過GC-MS檢測其脂肪酸甲酯的種類和含量。結(jié)果表明:油酸甲酯含量為37.25%、亞油酸甲酯含量為24.41%、棕櫚酸甲酯含量為32.08%,這三種甲酯都是生物柴油的成分,總量達93.74%。同時對未經(jīng)處理的地溝

5、油的其他理化性質(zhì)進行了測定,得出:酸值為120.37 mg KOH/g,皂化值為251.94 mg KOH/g,碘值為76.75 gI/100g,過氧化值為3.023,并計算得到地溝油平均相對分子量為499.25。地溝油酸值比較高,且過氧化值較高,容易酸敗,屬于無法食用的油脂,適合作為制備生物柴油的原料;皂化值比較大說明地溝油含有較多的脂肪酸,進一步說明地溝油適合作為制備生物柴油的原料。
　　(4)常壓條件下以三乙基磺丙基對甲苯磺

6、酸銨離子液體催化未經(jīng)任何處理地溝油制備生物柴油,用氣相色譜對產(chǎn)物進行分析,考察反應時間、離子液體用量和醇油比等因素對生物柴油產(chǎn)率的影響規(guī)律,結(jié)果表明:三乙基磺丙基對甲苯磺酸銨離子液體在常壓(反應溫度70℃)下能同時催化地溝油中的甘油三酯和游離脂肪酸分別發(fā)生酯交換和酯化反應,可以實現(xiàn)一步法制備生物柴油,在溫度70℃、n(Oil):n(MeOH):n(IL)=1:8:0.063、反應時間20 h的最佳反應條件下,生物柴油的產(chǎn)率可達到93.8

7、0%。與文獻中其它原料的研究結(jié)果相比,以高酸值地溝油為原料時,反應所需的時間更短、所需的離子液體用量和醇油比更小,說明本文的離子液體催化酯化反應的效果比酯交換反應更好。
　　(5)在1 L的高壓反應釜中以三乙基磺丙基對甲苯磺酸銨離子液體催化未經(jīng)任何處理的地溝油一步法制備生物柴油,結(jié)果表明:在高壓反應釜中提高反應溫度,因反應速率加快而可使反應時間大大縮短,在反應溫度為120℃, n(Oil):n(MeOH):n(IL)=1:10:0

8、.063時,反應只需1 h,生物柴油的產(chǎn)率就可達到95.32%。離子液體經(jīng)回收后重復使用6次,生物柴油的產(chǎn)率無明顯降低。按1 L高壓反應釜實驗中得到的最佳工藝條件,在10 L的反應釜中進一步做放大實驗,結(jié)果表明:生物柴油的產(chǎn)率下降了10%左右,且三次得到的生物柴油產(chǎn)率相差較大,這可能是反應不夠長和醇油比不夠大的緣故,具體原因及工藝改進有待進一步研究。
　　(6)測定了8項生物柴油的質(zhì)量指標,結(jié)果表明:密度、閉口閃點、冷濾點、硫含量