Ce-Ca-Mg-Al-O催化剂的制备、表征及其酯交换性能

以硝酸盐为原料,尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀及焙烧的方法制备了Ce-Ca-Mg-Al-O固体碱催化剂,采用单因素实验考察了制备条件对催化剂活性的影响。应用Hammett指示剂滴定法,采用TG,BET,XRD,SEM等方法对催化剂及其前体进行了表征。实验结果表明,制备催化剂的优化条件为:n(Ce)∶n(Ca)∶n(Mg)∶n(Al)=0.100∶3.0∶3.0∶2、反应温度115℃、焙烧温度700℃及焙烧时间6 h;将优化条件下制备的催化剂用于蓖麻油与甲醇的酯交换反应,在n(醇)∶n(油)=9∶1、m(催化剂)∶m(油)=0.04∶1、搅拌转速为550 r/min、反应温度65℃及反应时间为4 h的条件下,蓖麻油转化率可达96.00%。表征结果显示,催化剂的碱强度为7.2~11.2;BJH脱附比表面积为52.20 m~2/g、BJH脱附孔体积为0.102 cm~3/g。     

Li-Ca-Mg-Al-O固体碱催化制备生物柴油

以锂、钙、镁、铝的硝酸盐为原料,以尿素为沉淀剂,采用沉淀焙烧的方法制备了Li-Ca-Mg-Al-O固体碱催化剂。采用单因素实验考察了制备条件对催化剂活性的影响,得到制备优化条件为:元素配比n(Li)∶n(Ca)∶n(Mg)∶n(Al)=1∶2∶1∶1,焙烧温度800℃,焙烧时间6.5h。将优化条件下制备的Li-Ca-Mg-AlO固体碱用于催化蓖麻油和甲醇的酯交换反应,在n(醇)∶n(油)=9,m(催化剂)∶m(油)=0.04,搅拌速率为550r/min,反应温度为65℃,反应时间为3h的条件下,蓖麻油转化率可达85.7%。采用Hammett指示剂滴定法、TG、BET、XRD及SEM对催化剂及其前驱体进行了表征。结果表明:Li-Ca-Mg-Al-O固体碱的碱强度为7.2~11.2;Li-Ca-Mg-Al类水滑石在温度超过800℃后质量不再随温度升高而变化;Li-Ca-Mg-Al-O固体碱催化剂比表面积为11.93m~2/g、孔容为0.031 7cm~3/g,主要由CaO、MgO及Al_2O_3三种晶体组成。     

固体碱KF/Al_2O_3的制备及其酯交换催化性能

采用浸渍法制备了KF/Al_2O_3固体碱催化剂,并应用在大豆油与甲醇的酯交换反应中,探索了催化剂制备条件和酯交换反应条件;采用SEM,XRD,TG-DTA等方法对催化剂进行了表征。实验结果表明,当KF负载量(基于Al_2O_3载体的质量)为40%时,在773 K下焙烧3 h,可制得催化活性较高KF/Al_2O_3催化剂。XRD与TG-DTA表征结果显示,KF/Al_2O_3催化剂的活性是因KF与Al_2O_3经高温焙烧产生了新的晶相K_3AlF_6。在n(甲醇):n(大豆油)=12:1、催化剂用量(基于大豆油的质量)为3%、回流状态下反应3 h,生物柴油的收率可达83.7%。     

磁性固体碱催化剂在棕榈油制备生物柴油中的应用研究

采用煅烧法制得磁性固体碱催化剂CaO/Fe3O4，考察了该催化剂催化24℃分提棕榈油与甲醇酯交换反应制备生物柴油的最佳反应条件及催化剂使用寿命。结果表明，最佳反应条件为醇油摩尔比8、催化剂用量4％、反应温度65℃、反应时间2.0 h。在该条件下制得的生物柴油中脂肪酸甲酯含量为98.2%，其性能指标均达到国家标准GB/T-20828-2007的要求。在棕榈油制备生物柴油过程中重复利用催化剂CaO/Fe3O4进行酯交换反应8次，产物中脂肪酸甲酯含量均在96.5％以上。     

CaO/Mg-Al-O固体碱的制备、表征及其催化活性

采用共沉淀法制备了Ca O/Mg-Al-O固体碱催化剂;通过正交实验考察了催化剂制备条件对Ca O/Mg-Al-O固体碱催化剂催化蓖麻油与甲醇酯交换反应性能的影响。得到催化剂的优化制备条件为:浸渍液质量分数25%、焙烧温度800℃、焙烧时间2 h。以优化条件下制备的Ca O/Mg-Al-O固体碱为催化剂,在n(甲醇)∶n(蓖麻油)=9、m(催化剂)∶m(蓖麻油)=0.03、搅拌转速400 r/min、反应温度70℃、反应时间4 h的条件下,蓖麻油转化率稳定在95%~99%之间。采用TG-DTA,BET,XRD,SEM等技术对Ca O/Mg-Al-O固体碱催化剂进行了表征。Ca O/Mg-Al-O固体碱催化剂的BET比表面积为99.5 m2/g,BJH脱附累积孔体积为0.24 cm3/g,BJH脱附平均孔半径为4.5 nm;Ca O以无定形或微晶的形式分散于镁铝复合氧化物表面上,催化剂表面形貌为蜂窝状。采用Hammett指示剂法表征催化剂,其最大碱强度在11.2~15.6之间,蓖麻油转化率总体上随催化剂总碱量的增加而增大。     

负载型固体碱催化棕榈油酯交换制备生物柴油

采用浸渍法制备了KF/CaO,K2CO3/CaO,KF/γ-Al2O3,K2CO3/γ-Al2O34种负载型固体碱催化剂。考察了催化剂种类对棕榈油与甲醇进行酯交换反应的影响,并研究了催化剂重复使用的可能性。实验结果表明,4种催化剂均具有较高的活性,在催化剂中活性组分负载量为20.0%(相对于载体的质量分数)、n(甲醇):n(棕榈油)=12、m(催化剂):m(棕榈油)=0.09、反应温度65℃、反应时间6h的条件下,生物柴油的收率依次为97.3%,93.4%,77.7%,96.2%。以CaO为载体的催化剂再生后活性较低,而以γ-Al2O3为载体的催化剂再生后活性较高。X射线衍射和热重-差热分析结果显示,催化剂活性的差异与煅烧过程中活性组分和载体相互作用形成的新晶相有关,再生后催化活性的降低是由于活性组分流失所致。     

CaO-ZnO固体碱催化剂的制备及其催化大豆油酯交换反应的性能

采用溶胶凝胶法制备了CaO-ZnO固体碱催化剂,并将其用于大豆油与甲醇的酯交换反应,利用SEM,TG,XRD等手段对催化剂及其前体进行表征,考察了Ca/Zn摩尔比、焙烧温度、焙烧时间等对催化剂性能的影响,优化了大豆油与甲醇酯交换反应的条件。表征结果显示,催化剂中大孔隙的存在有利于油脂分子顺利进入孔道而使催化剂的表面活性位得以有效利用。实验结果表明,催化剂适宜的制备条件为:Ca/Zn摩尔比1.0、焙烧温度750℃、焙烧时间4 h;在醇油摩尔比30、催化剂与大豆油质量比为0.06,70℃,90 min条件下,制备的催化剂催化大豆油和甲醇酯交换反应的甘油收率达90%以上;催化剂重复使用5次后,催化效果未见下降,催化剂具有优异的稳定性。     

CaO/MgO/γ-Al_2O_3固体碱催化棕榈油制备生物柴油工艺条件优化

采用浸渍法制备了CaO/MgO/γ-Al2O3固体碱催化剂,研究表明在n(Ca)∶n(Mg)为4∶1,负载量以CaO计算为18%(w),在750℃下煅烧12h的条件下所制备的催化剂具有很好的催化效果。催化棕榈油制备生物柴油的最佳工艺条件为:反应时间2h、反应温度60℃、醇油摩尔比7∶1、催化剂用量为油质量的3.5%。在此条件下,产率可达到95.3%。     

微波固体碱法制备生物柴油

研究了微波辐射下,采用KNO3/Al2O3固体碱催化剂,大豆油和甲醇酯交换反应制备生物柴油的工艺。催化剂的最佳制备条件为:KNO3的负载量(质量分数)35%,700℃下焙烧5h。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和Hammett滴定对催化剂进行了表征。表征结果显示,KNO3在Al2O3表面分散形成的Al—O—K物种和KNO3高温分解产物K2O为反应提供了活性位。该反应的优化工艺参数:微波输出功率360W,反应时间35min,催化剂质量分数6.0%,甲醇与大豆油的摩尔比13。在该条件下,大豆油的转化率达到97.5%。与水浴加热方式相比,采用微波辐射加热方式,反应时间明显缩短,能耗减少。     

KF/ZnO催化蓖麻油甲醇醇解制备生物柴油

以KF为浸渍组分、ZnO为载体,通过浸渍、煅烧制备了KF/ZnO催化剂。通过正交试验探讨了制备条件对催化剂蓖麻油甲醇醇解活性的影响,找到的KF/ZnO催化剂的优化制备条件为:KF水溶液的质量分数20%、干燥温度150 ℃、煅烧温度450 ℃及煅烧时间5 h。将优化条件下制备的催化剂用于蓖麻油甲醇醇解制备生物柴油,蓖麻油转化率可达87.9%。采用现代表征技术对优化条件下制备的KF/ZnO催化剂进行了表征。结果表明,KF/ZnO催化剂由载体ZnO晶体及负载于表面的以单层分散的KF及反应产物构成。催化剂比表面积为8.22 m²/g、孔体积为0.019 1 cm³/g,其表面形貌呈多孔云状,碱强度为7.2～15.0。      

微水相超声波协同纳米Ca-Mg-Al固体碱催化制备生物柴油

以尿素为沉淀剂制备了纳米Ca-Mg-Al水滑石,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对其进行了表征,以其煅烧后得到的纳米Ca-Mg-Al复合金属氧化物为固体碱催化剂,采用微水相超声波辐射协同固体碱催化小桐子油与甲醇进行酯交换反应制备了生物柴油,并研究了催化剂的失活原因。实验结果表明,纳米Ca-Mg-Al水滑石的柱撑阴离子为CO_3~(2-),晶粒大小均匀,呈良好的层状结构。在超声波功率210W、占空比0.7、反应时间30min、温度60℃、甲醇与小桐子油摩尔比4∶1、催化剂用量1.5%(基于小桐子油的质量)的反应条件下,生物柴油收率达94.3%,精制后的生物柴油完全符合德国生物柴油标准DIN V 51606:1997。催化剂失活的主要原因是层状结构的塌陷和副产物甘油附着在催化剂表面,使用后的催化剂用乙醇洗去表面的甘油后,可连续使用12次。     

KF/水滑石的合成及催化大豆油酯交换制备生物柴油

采用浸渍法制备了KF/水滑石固体碱催化剂,并将其用于催化大豆油与甲醇进行酯交换反应制备生物柴油;考察了催化剂制备条件和酯交换反应条件对生物柴油收率的影响,并对催化剂进行了XRD,TG-DTA,SEM表征。研究结果表明,KF/水滑石的最佳制备条件为:KF负载量(占水滑石的质量)80%、焙烧温度500℃、焙烧时间3 h。将此条件下制备的KF/水滑石催化剂用于大豆油与甲醇酯交换反应,最佳的反应条件为:催化剂用量(占大豆油的质量)2%,甲醇与大豆油的摩尔比12∶1,反应时间3 h,反应体系处于回流状态。在此条件下,生物柴油的收率高达90.4%。表征结果显示,KF/水滑石的催化活性与KF和水滑石在高温煅烧时相互作用形成新的晶相KMgF3和K3AlF6有关。     

固体碱催化剂上生物油催化酯化改质

采用湿混法制备了以γ-A l2O3为载体的固体碱催化剂(M gCO3/γ-A l2O3,Na2CO3/γ-A l2O3,CaCO3/γ-A l2O3,K2CO3/γ-A l2O3),将K2CO3/γ-A l2O3催化剂用NaOH溶液浸渍得到K2CO3/γ-A l2O3-NaOH催化剂。以乙酸和乙醇的酯化反应为模型反应,对所制备的固体碱催化剂的酯化反应活性进行了评价,并在筛选出的酯化反应活性较高的K2CO3/γ-A l2O3催化剂上,对生物油催化酯化改质进行了研究。实验结果表明,生物油经催化酯化改质后,运动黏度显著降低,流动性增强,稳定性提高;改质后生物油的pH由2.60升到5.35,运动黏度降低了86.2%,热值提高了45.8%;同时,改质后的生物油中酸类物质含量减少、酯类物质含量增加,挥发性和难挥发性的有机羧酸转化为酯。