小桐子生物柴油的超临界两步法制备及其抗氧化耐低温性的研究

小桐子油论文 生物柴油论文 亚临界水论文 超临界甲醇论文 氧化稳定性论文 低温流动性论文
论文详情
随着石油资源的日益枯竭、环境污染的加重和车辆柴油化趋势的加快,世界各国都加快了对替代石化燃料的开发步伐。在这种形势下,环保、可再生的生物燃料技术应运而生。生物柴油是利用植物油脂或动物油脂等可再生资源制取出来的可以替代石化燃料的清洁新型燃料,具有巨大的潜力和广阔的市场前景。目前,工业上大多采用酸或碱催化法制取生物柴油,但此方法存在对原料要求较高、反应时间较长、后处理工艺较为复杂、催化剂使用寿命有限制、产物分离困难等缺点。另一方面由于生物柴油主要成分多是含有碳碳双键的不饱和长链脂肪酸甲酯,储存中极易发生氧化。此外生物柴油低温结晶和凝胶化限制生物柴油在低温时的应用。因此研究生物柴油的制备新方法及其氧化稳定性能和低温流动性能对生物柴油的实际应用具有非常重要的意义。本文以小桐子油为原料,不添加任何催化剂,采用亚临界水—超临界甲醇两步法制备生物柴油,系统地研究了第一步的小桐子油在亚临界水中水解反应和第二步其脂肪酸在超临界甲醇中酯化反应。论文系统研究了各步反应中反应温度、反应时间、反应压力及原料配比等因素对制备生物柴油的影响。得出小桐子油在亚临界水中水解反应的最佳条件为:反应温度290℃,油水体积比1:3,反应时间40min,转化率达到98.9%;小桐子油脂肪酸在超临界甲醇中酯化反应的最佳条件为:反应温度290℃,反应时间30min,脂肪酸与甲醇体积比1:2,转化率达到99.02%。对小桐子油及其生物柴油的性能指标进行了测定。对水解反应和酯化反应进行了动力学研究,确定出各反应的动力学参数,其中亚临界水解反应的反应级数为0.78,活化能为55.34KJ/mol;超临界酯化反应的反应级数为1.45,活化能为66.79kJ/mol。在试验的基础上提出了亚临界水解反应和超临界酯化反应的白催化反应机理和亲核反应机理。本文对以小桐子油为原料制备的生物柴油的氧化稳定性能进行了系统的研究。具体分析研究了温度、储放时间、甲醇含量、小桐子油含量、金属和0#柴油添加量等因素对小桐子生物柴油氧化稳定性能的影响,其中温度和储放时间影响较大,如新制备生物柴油的诱导期时间为4.38h,存放4个月后其诱导期时间变为1.63h,若测试温度从110℃分别改为80℃和140℃,其诱导期时间变为19.81h和0.42h。对十种常用抗氧化剂以及其添加量对小桐子生物柴油氧化稳定性能进行了系统的研究,生物柴油放置一段时间后的诱导期为1.53h,若加入1000ppm没食子酸、叔丁基对苯二酚、叔丁基羟基茴香醚和抗坏血酸等后其诱导期时间变为16.97h、14.06h、8.77h和2.42h,效果和差别均较为明显。制备了没食子酸酯类抗氧化剂,主要有没食子酸甲酯、没食子酸乙酯、没食子酸丙酯、没食子酸异丙酯、没食子酸丁酯、没食子酸异丁酯和没食子酸叔丁酯等七种,在添加量1000ppm时,其对小桐子生物柴油的抗氧化效果均极佳,其诱导期时间均能达到国家标准6h。提出了生物柴油氧化是自催化的基链反应机理,认为生物柴油通过与氧反应生成过氧化物和直接生成烷基自由基两条途径发生链式氧化反应。提出抗氧化剂切断生物柴油氧化链式反应的抗氧化机理,认为抗氧化剂与过氧自由基反应,破坏自由基,生成氢过氧化物和抗氧化剂自由基,抗氧化剂自由基继续与自由基反应,生成氢过氧化物,从而切断生物柴油氧化链,达到抗氧化的目的。本文最后研究了改进生物柴油的低温流动性能的方法,制备了油酸异丙酯与油酸异丁酯。试验研究结果表明,油酸异丙酯和油酸异丁酯的凝点温度分别达到-25℃和-28℃,冷滤点温度也分别达到了-15℃和-20℃,大大低于生物柴油的凝点和冷滤点。研究了其和生物柴油混合时的低温流动性能,很好地改善了生物柴油的低温性能指标。应用本文中制备生物柴油的工艺方法制备生物柴油可以大大缩短反应时间、不使用催化剂、提高转化率、缩短流程、简化后处理工序、提高生物柴油质量等,利用本文中制备的抗氧化剂和油酸异丙酯及油酸异丁酯可以改善生物柴油的氧化稳定性和低温流动性,对大规模地发展生物柴油具有十分重要的实际意义。
摘要第3-5页
Abstract第5-7页
第一章 绪论第12-44页
    引言第12页
    1.1 国内外能源现状第12-16页
    1.2 生物质能的研究现状第16-18页
    1.3 国内外生物柴油研究现状第18-23页
        1.3.1 国外生物柴油的研究与利用现状第20-22页
        1.3.2 我国生物柴油的研究与利用现状第22-23页
    1.4 生物柴油制备方法第23-30页
        1.4.1 直接混合法第23-24页
        1.4.2 微乳液法第24-25页
        1.4.3 高温裂解法第25页
        1.4.4 酯交换法第25-29页
        1.4.5 生物酶合成法第29页
        1.4.6 工程微藻法第29-30页
    1.5 小桐子及其油的特性及利用现状第30-32页
    1.6 生物柴油氧化稳定性能的研究现状第32-38页
        1.6.1 生物柴油氧化稳定性测定方法第33-36页
        1.6.2 生物柴油抗氧化剂第36-38页
    1.7 生物柴油低温流动性能的研究现状第38-40页
        1.7.1 生物柴油低温流动性研究方法第38-40页
        1.7.2 降凝剂的降凝机理研究现状第40页
    1.8 本论文的研究内容和意义第40-43页
    1.9 本论文的特色和创新点第43-44页
第二章 超临界两步法制备小桐子生物柴油的研究第44-70页
    引言第44-45页
    2.1 实验部分第45-49页
        2.1.1 主要试验仪器和试剂第45-47页
        2.1.2 试验与分析方法第47-49页
    2.2 亚临界水解反应试验结果及讨论第49-59页
        2.2.1 反应温度对水解转化率的影响第49-52页
        2.2.2 反应时间对水解转化率的影响第52-55页
        2.2.3 油水体积比对水解转化率的影响第55-57页
        2.2.4 反应压力对水解转化率的影响第57-58页
        2.2.5 其它因素对水解转化率的影响第58-59页
    2.3 超临界酯化反应试验结果及讨论第59-69页
        2.3.1 反应温度对酯化转化率的影响第59-61页
        2.3.2 脂肪酸与甲醇体积比对酯化转化率的影响第61-62页
        2.3.3 反应时间对酯化转化率的影响第62-64页
        2.3.4 第一步水解反应转化率对酯化转化率的影响第64-65页
        2.3.5 其它因素对酯化转化率的影响第65-66页
        2.3.6 酯化反应的正交试验第66-69页
    2.4 本章小结第69-70页
第三章 反应动力学和反应机理的研究与探讨第70-89页
    引言第70-71页
    3.1 亚临界水解反应动力学参数的确定第71-75页
        3.1.1 反应级数、反应速率方程的确定第71-74页
        3.1.2 活化能的确定第74-75页
    3.2 超临界酯化反应动力学参数的确定第75-79页
        3.2.1 反应级数、反应速率方程的确定第75-77页
        3.2.2 活化能的确定第77-79页
    3.3 反应机理的探讨第79-88页
        3.3.1 酯交换法制备生物柴油的反应机理第79-81页
        3.3.2 超临界一步法制备生物柴油的反应机理第81-83页
        3.3.3 超临界两步法制备生物柴油的反应机理第83-88页
    3.4 本章小结第88-89页
第四章 小桐子油及其生物柴油的理化性能第89-102页
    引言第89页
    4.1 小桐子及其油的性能测定第89-94页
        4.1.1 小桐子种子颗粒重量及含仁率的测定第89页
        4.1.2 小桐子种子含水率的测定第89-90页
        4.1.3 小桐子种子含油率的测定第90-91页
        4.1.4 小桐子油皂化值的测定第91页
        4.1.5 小桐子油碘值的测定第91页
        4.1.6 小桐子油酸值的测定第91-92页
        4.1.7 小桐子油总脂肪酸含量的测定第92页
        4.1.8 小桐子油脂肪酸组成的测定第92-93页
        4.1.9 小桐子油的理论酸值和相对分子量的计算第93-94页
    4.2 小桐子油生物柴油的性能测定第94-100页
        4.2.1 生物柴油的性能指标第94-97页
        4.2.2 小桐子油生物柴油性能指标的测定第97-99页
        4.2.3 超临界两步法制备的小桐子生物柴油成分含量的测定第99-100页
    4.3 本章小结第100-102页
第五章 小桐子生物柴油的氧化稳定性研究第102-136页
    引言第102-103页
    5.1 实验部分第103-107页
        5.1.1 主要试验仪器与试剂第103-104页
        5.1.2 试验分析方法第104-107页
    5.2 原料油的氧化稳定性能的研究第107-110页
        5.2.1 存放时间的影响第108-109页
        5.2.2 测试温度的影响第109-110页
    5.3 小桐子生物柴油氧化稳定性能的研究第110-116页
        5.3.1 存放时间的影响第112页
        5.3.2 测试温度的影响第112-113页
        5.3.3 甲醇含量的影响第113-114页
        5.3.4 小桐子油含量的影响第114页
        5.3.5 金属铜、铁的影响第114-115页
        5.3.6 0第115-116页
    5.4 生物柴油抗氧化剂的研究第116-128页
        5.4.1 常用抗氧化剂对小桐子生物柴油氧化稳定性能的影响第116-122页
        5.4.2 抗氧化剂的制备及其抗氧化性能的研究第122-128页
    5.5 生物柴油氧化机理及抗氧化剂抗氧化机理的探讨第128-134页
        5.5.1 生物柴油氧化机理的探讨第128-133页
        5.5.2 抗氧化剂抗氧化机理的探讨第133-134页
    5.6 本章小结第134-136页
第六章 油酸异丙酯和油酸异丁酯的制备及低温流动性研究第136-157页
    引言第136-137页
    6.1 实验部分第137-139页
        6.1.1 主要试验仪器与试剂第137-138页
        6.1.2 试验反应原理与分析方法第138-139页
    6.2 油酸异丙酯的试验结果及讨论第139-146页
        6.2.1 反应时间对转化率的影响第139-140页
        6.2.2 催化剂的用量对转化率的影响第140-141页
        6.2.3 反应物配比对转化率的影响第141页
        6.2.4 反应温度对转化率的影响第141-142页
        6.2.5 酯化反应的正交试验第142-143页
        6.2.6 酯化反应的动力学分析第143-146页
    6.3 油酸异丁酯的试验结果及讨论第146-153页
        6.3.1 催化剂离子液体的制备第146-147页
        6.3.2 反应时间对转化率的影响第147页
        6.3.3 催化剂的用量对转化率的影响第147-148页
        6.3.4 反应物配比对转化率的影响第148-149页
        6.3.5 反应温度对转化率的影响第149-150页
        6.3.6 酯化反应的正交试验第150-151页
        6.3.7 酯化反应的动力学分析第151-153页
    6.4 油酸异丙酯和油酸异丁酯的降凝效果的研究第153-155页
        6.4.1 油酸异丙酯和油酸异丁酯的表征第153-154页
        6.4.2 油酸异丙酯和油酸异丁酯的低温流动性的研究第154-155页
    6.5 本章小结第155-157页
第七章 结论与展望第157-160页
    7.1 结论第157-159页
    7.2 展望第159-160页
参考文献第160-173页
致谢第173-174页
附录 攻读博士学位期间发表论文与所获奖励第174-175页
论文购买
论文编号ABS538251,这篇论文共175页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付52.5
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付87.5
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656