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木质素基固体酸催化大豆皂脚酸化油的酯化反应合成生物柴油

时间:2012-05-07  来源:科技外事处  浏览次数:   作者:郭峰     打印  字体: 关闭

在生物柴油生产过程中,原料占到总成本的75%,是制约生物柴油产业的决定性因素。各国寻找不同类型的植物油替代柴油燃料,例如,美国的大豆油、欧洲的菜籽油和葵花籽油及东南亚的棕榈油。而我国与日本相似,油脂资源相对短缺,以废食用油脂作为生物柴油生产的主要原料,但其成分复杂、杂质多,会对酯交换反应和生物柴油的性能产生影响。因此,除了寻求廉价而稳定的油脂原料,开发并使用催化活性高效、易分离的非均相固体酸催化剂,是实现生物柴油绿色工艺的手段之一。

中国科学院西双版纳热带植物园生物能源组郭峰博士在大连理工大学攻读博士学位期间,针对目前生物柴油生产中原料价格高、液体酸不易分离等问题,选择廉价的大豆皂脚作为油脂原料制备酸化油,并用文冠果果壳水解残渣(主要成分是木质素)为起始材料,经直接磺化制备木质素基炭质催化剂(LCC),催化皂脚酸化油制备生物柴油。在70℃、生物基炭质催化剂用量5.0 wt %、甲醇/皂脚酸化油摩尔比7.5:1的条件下,酯化反应5h,皂脚酸化油酸值从112.4 mg KOH/g下降到3.12 mg KOH/g,酯化率达到97.2%。与磺酸根基团相同当量的H2SO4相比,生物基炭质催化剂催化酯化反应能力更优,其酯化率比相同当量H2SO4高45%。将硫酸负载到无定形炭上后,与1.5 wt %的浓硫酸相比,节约硫酸用量达72%。在此基础上,郭峰博士进一步实施了LCC催化脂肪酸与甲醇酯化反应的动力学研究,结果符合一级反应动力学。这一结果更好的诠释了LCC催化酯化反应的机理,为LCC催化酯化反应的机理途径的推导提供了有力支持。

该木质素基炭质固体酸不仅成本低、制备流程简便,而且活性和稳定性高,非常适合用于酸化油的酯化或催化高酸值低质油脂如地沟油、餐饮废油等油脂的预酯化,具有非常强的应用潜力。相关论文已在生物质能源国际期刊《Applied energy》上在线发表(http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.02.071)。
The reaction mechanism for esterification catalyzed by LCC

 

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