用于生物柴油清洁生产的磁性固体催化剂CaO/MgO/Fe_3O_4

制备了具有磁性和催化活性的双功能催化剂CaO/MgO/Fe3O4,用于催化花生油酯交换制备生物柴油的清洁生产过程。对CaO/MgO/Fe3O4进行了XRD、TEM、FT-IR和磁性等表征分析,探讨了CaO/MgO/Fe3O4催化剂的重复利用性能。结果表明,用Mg(Ac)2溶液等体积浸渍磁性基质Fe3O4,在N2气氛中600℃焙烧2 h,可得到具有磁性的载体5%MgO/Fe3O4;再用Ca(Ac)2溶液等体积浸渍MgO/Fe3O4,并在N2气氛中700℃煅烧,得到具有磁性且催化活性较高的催化剂10%CaO/MgO/Fe3O4。该催化剂具有核壳结构,磁核平均直径约为35 nm。在催化剂用量10%,醇油摩尔比12∶1,反应温度65℃,反应2 h的条件下酯交换转化率可达90%以上。在磁场的吸引下该催化剂能快速与反应体系分离,催化剂回收率达90%。但CaO/MgO/Fe3O4重复利用性能较差,其原因是在搅拌反应过程中催化活性组分逐渐从催化剂上脱落所致。     

固体碱催化剂K_2CO_3/Al_2O_3的制备及其催化餐饮废油制生物柴油的性能

采用浸渍法制备了K2CO3/Al2O3固体碱催化剂,考察了活性组分负载量、焙烧温度、焙烧时间等制备条件对催化剂在催化餐饮废油合成生物柴油的酯交换反应中催化活性的影响,并对其进行了FT-IR、XRD、TG-DTG、SEM和BET表征分析。实验结果表明,所制备的催化剂在催化餐饮废油合成生物柴油的酯交换反应中表现出良好的活性,在活性组分K2CO3负载量为50%、焙烧温度500℃、焙烧时间3 h的条件下制备的催化剂催化酯交换反应时,生物柴油产率可达86.70%。催化剂表征结果显示,K2CO3/Al2O3催化活性是因K2CO3与Al2O3经高温焙烧产生新的晶相有关。催化剂重复使用4次,生物柴油产率仍在75%以上。制得的生物柴油产品质量达到国家生物柴油B100标准。     

新型碱性离子液体催化酯交换合成生物柴油

两步法合成了吗啉阴离子型碱性离子液体1-丁基-3-甲基吗啉盐Im,经 ¹H-NMR和FT-IR分析确认了离子液体中间体的结构,并通过阴离子交换得到碱性离子液体,对该离子液体在酯交换制备生物柴油反应中的催化性能进行了研究。结果表明,该碱性离子液体Im具有较高的酯交换催化活性,在60 ℃、催化剂用量为3%、醇油物质的量比为6.5：1.0、反应2 h的条件下,产物脂肪酸甲酯（FAME）含量可达95.80%。而且该离子液体的催化稳定性较好,重复使用5次后仍有较高的催化活性。     

原位共沉淀法制备NiMg(Al)O/γ-Al2O3催化剂及其酯交换性能

以γ-Al₂O₃为载体通过原位共沉淀法制备NiMgAl-LDHs/γ-Al₂O₃,经焙烧后得到NiMg（Al）O/γ-Al₂O₃催化剂,通过TG-DTG、XRD、SEM、BET、FT-IR、CO₂-TPD等手段对催化剂进行了表征,并对其在酯交换制备生物柴油反应中的催化性能进行了研究。结果表明,NiMgAl-LDHs和NiMg（Al）O成功在γ-Al₂O₃内孔表面生长,并有良好的结合度。催化剂对酯交换具有很高的催化活性;在醇油物质的量比为12：1的条件下反应3 h,生物柴油产率为95%,重复使用七次后,生物柴油产率仍然在82%以上。     

超声作用下KF/CaO催化酯交换反应制备生物柴油

等体积浸渍法制备了KF/CaO固体碱催化剂,用于催化大豆油与甲醇酯交换反应制备生物柴油,在反应体系中引入超声作为辅助条件。研究表明,KF/CaO催化活性高。在超声的辅助作用下,酯交换反应速率加快,生物柴油的收率提高。实验考察了反应条件对产品中脂肪酸甲酯含量的影响。醇油摩尔比为12∶1,反应温度65℃,催化剂与大豆油的质量比为3%,反应1 h,超声频率20 kHz,超声声强1.01 W/cm2,在此反应条件下,产品中脂肪酸甲酯的质量分数达到99.6%。     

新型碱性离子液体催化酯交换合成生物柴油

两步法合成了吗啉阴离子型碱性离子液体1-丁基-3-甲基吗啉盐[Hnmm]Im,经1 H-NMR和FT-IR分析确认了离子液体中间体的结构,并通过阴离子交换得到碱性离子液体,对该离子液体在酯交换制备生物柴油反应中的催化性能进行了研究。结果表明,该碱性离子液体[Hnmm]Im具有较高的酯交换催化活性,在60℃、催化剂用量为3%、醇油物质的量比为6.5∶1.0、反应2 h的条件下,产物脂肪酸甲酯(FAME)含量可达95.80%。而且该离子液体的催化稳定性较好,重复使用5次后仍有较高的催化活性。     

柱层析硅胶固载K2CO3催化合成生物柴油的研究

研究了柱层析硅胶-K₂CO₃固体碱催化剂的制备条件,并对其进行XRD、FT-IR和SEM表征分析。结果表明,部分K₂CO₃吸收空气中的CO₂生成KHCO₃,K₂CO₃与 KHCO₃分散到硅胶表面,增强了催化效果。并考查了催化剂用量、醇油摩尔比、反应时间对生物柴油制备的影响。研究表明,催化剂的制备温度为120℃,催化剂用量为原料油质量的5%,醇油摩尔比为12∶1,反应温度70℃,反应时间2h,生物柴油收率可达95.2%。     

Ce~(4+)改性阳离子交换树脂催化环氧化反应的研究

以732#强酸性阳离子交换树脂为载体,采用离子交换法合成了Ce4+改性离子交换树脂催化剂,考察了Ce4+浓度、吸附温度和pH值等因素对树脂改性的影响,并测试了催化剂的重复使用性能。结果表明,当Ce4+浓度为0.1mol/L左右,常温25℃、pH值接近中性时,Ce4+改性阳离子交换树脂的催化活性最佳,且重复使用6次仍保持较高的催化活性。试验利用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和能谱仪(EDS)等对改性树脂的结构进行分析表征,结果表明,改性后的树脂中氢元素大部分被Ce4+离子所替代,其酸性和稳定性均有所提高。将Ce4+改性732#阳离子交换树脂作为催化剂应用于生物柴油环氧化反应中,产物环氧值较高。     

双核碱性离子液体催化棉籽油酯交换制备生物柴油

采用两步法制备了五种新型咪唑类碱性双核功能化离子液体化合物,并考察了对棉籽油酯交换制备生物柴油的催化性能。结果表明,咪唑类碱性双核功能化离子液体具有很好的催化活性,其催化活性与阳离子中碳链长度有关。其中,双-(3-甲基-1-咪唑)亚乙基双氢氧化物离子液体的催化活性最好。催化剂量、反应时间、反应温度及醇油比对生物柴油中脂肪酸甲酯含量及选择性影响的研究发现,在催化剂用量为0.4%(质量分数),醇油摩尔比为12,反应温度为55℃,反应时间为4 h时,脂肪酸甲酯的含量和选择性分别达98.5%和99.9%。催化剂7次循环后,产物中脂肪酸甲酯含量仍达到96.2%,单甘酯和双甘酯的含量很少,表明该催化剂重复使用良好。     

磁性纳米固体酸SO42--TiO2-Fe3O4催化剂的合成、表征及催化性能的研究

首先研究制备了Fe3O4和SO42--TiO2固体酸催化剂,在此基础上采用共沉淀和浸渍的方法制备了磁性和超细SO42--TiO2-Fe3O4固体酸催化剂。利用XRD,TEM和FT-IR等分析测试手段对催化剂的结构和性能进行了表征。测定结果证实该催化剂具有较小的粒度,较高的磁性表现。在乙酸丁酯合成反应中SO42--TiO2-Fe3O4展示了很高的催化活性(酯化率可达82.7%),而且利用Fe3O4的磁性可对催化剂进行分离和回收.     

Ca/Al固体碱催化菜籽油制备生物柴油

采用共沉淀法制备了Ca/Al复合氧化物固体碱催化剂,考察了沉淀剂种类、Ca/Al摩尔比、沉淀温度、溶液pH值、老化时间和焙烧温度等制备条件对其催化剂活性的影响。采用正交实验方法得到制备Ca/Al复合固体碱催化剂前躯体的最佳制备条件为,沉淀剂NaOH,Ca/Al摩尔比为3,沉淀温度为60 ℃,沉淀过程中pH值保持在10,在90 ℃老化18 h。在该最优条件下制备的催化剂前驱体主要以Ca₄Al₂O₆(NO₃)₂·10H₂O晶相存在,在N₂气保护下300 ℃焙烧2 h后,催化剂形成高分散钙铝复合氧化物,且碱性强度达到26.5以上。在催化菜籽油和甲醇的酯交换反应中,菜籽油的转化率达到95%,脂肪酸甲酯的质量分数为95.9%。     

CaO-MgO@CoFe_2O_4磁性固体碱的制备及其大豆油酯交换反应催化性能

以草酸盐为前驱体采用两步法制备了一种以CaO-MgO作为活性组分,以CoFe_2O_4作为磁核的磁性固体碱催化剂,并用于大豆油与甲醇的酯交换反应合成生物柴油。对制备的磁性固体碱催化剂进行了磁滞回线、X-射线衍射(XRD)、CO_2-TPD及透射电镜(TEM)表征。考察了不同核壳物质的量比、焙烧温度、反应温度、反应时间、醇油物质的量比以及催化剂用量等因素对大豆油转化为生物柴油产率的影响。结果表明,采用核壳物质的量比为1∶6、焙烧温度为700℃所制备的CaO-MgO@CoFe_2O_4催化剂,当醇油物质的量比为12、催化剂用量为大豆油质量的1.0%时,在65℃下反应时间3 h,生物柴油收率高达97.1%。该催化剂具有较好的重复利用性能,重复利用四次后生物柴油的收率仍可达90%。     

Transesterification of Soybean Oil Catalyzed by Calcium Hydroxide which Obtained from Hydrolysis Reaction of Calcium Carbide

Calcium carbide residue (CCR) was investigated in transesterification reaction of triglycerides to determine its viability as a solid catalyst for biodiesel synthesis. Literature survey showed that CCR has never been studied as a solid catalyst in the transesterification of triglyceride. The scope of the study includes the effects of CCR calcination temperature, calcination time, the alcohol/oil molar ratio, the catalyst amount (wt % of oil) and the reaction time. The relationship between chemical composition and catalytic activity of waste cement was also investigated. These CCR catalysts, thermally activated at 600 °C, can give rise to fatty acid methyl esters (FAME) purity higher than 99.5%, after 3 h of reaction, when oil/methanol molar ratio of 1/12 and 1 wt % of the catalyst were employed. Application of CCR as catalyst for biodiesel production in this study may not only provide a cost‐effective and environment friendly way of recycling CCR waste but also reduce hopefully the cost of biodiesel production.     

Fe-Ca磁性固体碱催化剂上菜籽油酯交换反应

采用原位沉淀法合成了双功能磁性固体碱催化剂CaO·γ-Fe₂O₃,用于催化菜籽油酯交换反应制备生物柴油。利用XRD、BET、TG-DTA、SEM和VSM对催化剂进行了表征,用ICP-AES对产物脂肪酸甲酯(FAME)中Ca、Fe残留量进行了测定。结果表明,Fe和Ca两种组分间有较好复合,催化剂显示出较好的磁学性能,饱和磁化率达到45.7emu/g,明显高于文献报道的磁性碱催化剂。在温和的反应条件(常压、64℃、催化剂加入量为油重的2.5%、醇油摩尔比15、转速750r/min)下,反应2h,重复使用前三次酯交换反应转化率都维持在95%左右。     

Synthesis of biodiesel over ZnO/Ca(OH)2/KF catalyst prepared by the grinding method

A novel ZnO/Ca(OH)₂/KF solid base catalyst was prepared by the grinding method and applied to biodiesel synthesis by the transesterification of soybean oil. The effect of various parameters such as KF molar amount, calcination temperature, the amount of catalyst, molar ratio of methanol to oil, reaction temperature, and time on the activity of the catalyst were investigated. The catalysts were characterized by several techniques of thermogravimetry/derivative thermogravimetry, X–ray diffraction, Hammett indicator method, and scanning electron microscopy. The analysis results indicated that the KF interacted with Ca(OH)₂ and formed KCaF₃ phase before calcination of the catalyst. The formed KCaF₃ crystal phase was the main catalytic active component for the catalyst activity. In addition, the basicity of ZnO/Ca(OH)₂/KF was greatly influenced by the different calcination temperates, and the catalyst activity was correlated closely with the basicity. A desired biodiesel yield of 97.6 % was obtained at catalyst amount of 3 %, methanol/oil of 12:1, and reaction time of 1.5 h at 65 °C.     

Aqueous-phase catalytic hydrogenation of furfural to cyclopentanol over Cu-Mg-Al hydrotalcites derived catalysts: Model reaction for upgrading of bio-oil

A series of Cu-Mg-Al hydrotalcites derived oxides with a (Cu+Mg)/Al mole ratio of 3 and varied Cu/Mg mole ratio (from 0.07 to 0.30) were prepared by co-precipitation and calcination methods, then they were introduced to the hydrogenation of furfural in aqueous-phase. Effects of Cu/Mg mole ratio, reaction temperature, initial hydrogen pressure, reaction time and catalyst amount on the conversion rate of furfural as well as the selectivity toward desired product cyclopentanol were systematically investigated. The conversion of furfural over calcined hydrotalcite catalyst with a Cu/Mg mole ratio of 0.2 was up to 98.5% when the reaction was carried out under 140 °C and the initial hydrogen pressure of 4 MPa for 10 h, while the selectivity toward cyclopentanol was up to 94.8%. The catalysts were characterized by XRD and SEM. XRD diffraction of all the samples showed characteristic pattern of hydrotalcite with varied peak intensity as a result of different Cu content. The catalytic activity was improved gradually with the increase of Cu component in the hydrotalcite.     

过渡金属掺杂亚铁锌双金属氰化物催化合成生物柴油的研究

研究了掺杂过渡金属盐(La、Ce、Zr、Mn)对亚铁锌双金属氰化物(DMC)固体酸催化剂合成生物柴油的影响,并采用XRD、FT-IR、ICP、BET等方法对其进行结构和性能表征。结果表明,1%的镧、铈、锆、锰金属盐对催化剂的活性都有提高,其中,添加1%镧的DMC催化剂活性最高,在醇油摩尔比16∶1,反应温度160 ℃,催化剂加入量2%条件下,反应7 h,脂肪酸甲酯收率达到99.3%。过渡金属盐引入对催化剂的组成没有影响,但使得催化剂更加分散,颗粒粒径更小,比表面积变大,有利于催化剂和反应物的接触,从而提高了催化剂活性。