化石燃料燃烧导致废气大量排放,引起人类对能源和环保问题广泛关注。作为一种可再生的环保燃料,生物柴油得到了极大的关注。生物柴油是非石油基的清洁新型燃料,主要成分为长链游离脂肪酸同低分子量醇经酯化或酯交换反应形成的酯类化合物。生物柴油由动植物油脂等可再生资源制得,生物可降解且无毒。生物柴油的低二氧化碳排放量不会导致温室效应,所以被称为环境友好生物燃料。因此,生物柴油的研制与开发已引起了世界各国的普遍关注。本文使用相转化法制备了阳离子交换树脂(CERP)/聚乙烯醇(PVA)杂化催化膜作非均相催化剂催化酸化油(来自于废弃食用油)与甲醇的酯化反应制备生物柴油；将制得的催化膜在不同的温度下进行热处理以提高其催化活性和催化稳定性；使用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和离子交换容量测定(IEC)等方法对制得的催化膜进行结构表征；使用不同温度处理的催化膜进行催化酯化反应以确定最佳热处理温度和反应条件。实验结果表明：373K热处理的膜具有最高的催化活性,在醇油质量比为2.5：1,催化膜用量5g,反应温度337±0.5K,机械搅拌速率480rpm的最佳反应条件下反应8h,酯化转化率可达到97.5%,这说明CERP/PVA具有较好的催化活性。重复试验发现：373K热处理的膜也具有最佳的重复利用性能,连续反应第六次转化率依然可以达到85%以上。对使用该催化膜催化制备生物柴油的反应进行动力学研究发现：反应级数为2.25,活化能随着催化膜用量的增加而不断降低。验证实验发现构建的动力学模型可以很好的预测实验结果。本文的另一个工作是制备CERP/聚醚砜(PES)杂化催化膜；对该催化膜进行热处理以提高其催化性能；对该催化膜进行表征以考察催化膜结构与其催化活性的关系；使用该催化膜进行催化酯化反应,使用正交实验来确定不同因素对反应转化率的影响。结果表明影响反应转化率的因素顺序为：反应时间>催化膜用量>醇油质量比>反应温度。此外,本文还构建了该催化膜催化酸化油分别与甲醇、乙醇、丙醇和丁醇反应的假均相动力学模型。最后将该催化膜用于微波辐射条件下制备生物柴油,结果发现：微波辅助酯化反应的反应温度、催化剂用量和甲醇消耗量略低于传统加热酯化反应而反应时间要大大低于传统加热酯化反应,这可以大幅的降低生物柴油的生产成本。这些结果充分表明,微波条件下使用CERP/PES杂化催化膜可以提供一种快速、经济的生产生物柴油的方法。
