《固體酸催化一步“原位”合成微藻生物柴油研究》是依託四川大學，由童冬梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：固體酸催化一步“原位”合成微藻生物柴油研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：童冬梅
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物柴油是一種可再生能源，其燃燒尾氣污染物排放量遠小於石化柴油，由高含油量微藻製備生物柴油對實現CO2減排和資源化具有重要的經濟和生態價值。本項目擬設計製備性能穩定的高活性固體超強酸用於一步原位合成微藻生物柴油研究。通過調整載體、促進劑種類和引入方法、活性組分、焙燒溫度和方法等因素，有效調控固體超強酸的結構；結合XRD、氨-TPD、氨-FTIR、多通道線上質譜等表征手段，跟蹤分析並指導催化劑的製備過程，探明固體超強酸的晶相和孔結構、熱穩定性與表面酸中心之間的相互關聯，揭示這些結構對酯交換反應性能的影響本質。在設計和改進的反應器內，同時一步完成油脂萃取和固體超強酸催化酯交換反應兩個過程，研究反應器內壓差、萃取油脂濃度等控制因素，強化兩個過程，實現萃取和催化酯交換過程的最佳匹配，開發固體超強酸催化一步原位合成微藻生物柴油新型綠色催化工藝，為微藻生物柴油的規模化生產提供理論依據。
結題摘要
改進了固體酸的製備方法，製得負載型固體酸催化劑SZMN/SiO2 ( SO42--ZrO2-MoO3- Nd2O3/SiO2)，對酯化和酯交換反應具有良好的催化活性和穩定性。研究了焙燒時間對固體酸晶相結構和催化活性的影響。隨著焙燒時間延長，固體酸上晶相從Zr(SO4)2 轉變為無定型ZrO2，再轉變為單斜相ZrO2。Zr(SO4)2和ZrO2上結合的SO42- 物種均具有良好的初始活性，表面生成l了大量由表面-OH提供的Brönsted酸中心。隨焙燒時間延長，催化劑上的SO42-物種分解，表面S物種含量下降，其初始活性逐漸降低。SZMN/SiO2-2h和SZMN/SiO2-4h催化月桂酸的甲酯化反應，反應1 h後甲酯產率即達94%以上；催化三乙酸甘油酯與甲醇的酯交換反應，反應4 h後三乙酸甘油酯的轉化率就可達到99%以上，乙酸甲酯收率達95%以上。以月桂酸甲酯化反應考察了催化劑的穩定性，其穩定性隨著催化劑焙燒時間延長而下降。SMZN/SiO2-4h穩定性最好，經6次反應後甲酯產率仍在93%以上。固體酸上形成的小晶粒或無定型ZrO2上結合的SO42-物種不易溶脫，是維持催化劑穩定性的活性物種。Zr(SO4)2物種在反應過程中易溶脫，其穩定性差；而造成大顆粒ZrO2上結合的SO42-物種活性降低的主要原因為SO42-的溶脫和反應物及產物（酸和脂）在酸中心上吸附所致積碳。積碳可通過空氣中焙燒除去，從而恢復部分活性。 設計了整合萃取-酯交換整合反應器，研究了反應條件對一步製備生物柴油的影響。生物質原料不同，反應控制條件隨之而變。以天然藻為原料一步合成生物柴油，甲酯收率可達18.1%。助萃劑二氯甲烷有效提高了溶劑體系對藻種脂質的提取效率。為拓展一步法製備生物柴油的原料，研究了麻風果仁在改良的反應器中一步合成生物柴油的工藝條件，甲酯收率可達80.2%。改良反應器有利於萃取平衡與酯交換平衡的正向移動，並實現原料殘渣、催化劑與產物的同時分離。調控虹吸管高度等參數可以直接控制萃取液的流速，使之與酯交換反應速率相匹配，實現萃取過程與催化酯交換過程的最佳耦合，提高甲酯收率。正己烷起到共溶劑與助萃劑的雙重作用，提高了麻風果仁中脂質的萃取率及其在甲醇中的溶解度，促進脂質在反應體系中的傳質，使酯交換反應由液-固-液三相體系成為固-液兩相反應體系，提高反應效率。
