含鈣廢料固體堿的制備及其催化合成生物柴油性能研究

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2、月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果－除了文中持別加標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證一書而使用過的材料。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。？／名學(xué)位論文作者簽名簽字日期；年月日：＾知＾學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特巧權(quán)天津大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論文的全

3、部或部分巧容編入有關(guān)數(shù)據(jù)店進(jìn)行檢索、、匯編供査閱和借闡。同意學(xué)校，并采用影印縮印或掃描等復(fù)制手段保存。向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤（保密的學(xué)位論文在解巧后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論義作者簽名：爭簽字曰期：知／ｊｒ年。月曰簽字曰期令呼年ｆ公月曰曼巧含鈣廢料固體堿的制備及其催化合成生物柴油性能研究PreparationandPropertiesofSolidCa-wasteDerivedCatalystforBiodieselProduction一級學(xué)科：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科

4、專業(yè)：環(huán)境工程研究生：單銳指導(dǎo)教師：陳冠益教授天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年十二月摘要隨著化石燃料日益枯竭，以及環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，人們越來越重視對可再生能源的開發(fā)和利用。生物柴油具有綠色、安全、可再生、與普通柴油燃料特性相近的特點，被認(rèn)為是石油化石燃料的適宜替代品。目前廣泛使用的制備生物柴油的方式利用均相堿催化作用下，使動植物油（C14～C20）與短鏈醇（C1～C2）進(jìn)行反應(yīng)。但均相堿催化法存在皂化、產(chǎn)物難分離以及廢液等問題。為了解決這方面的問題，非均相堿催化法被應(yīng)用到生物柴油的制備，非均相堿催化

5、法具有催化劑可重復(fù)使用、產(chǎn)物易分離以及無腐蝕和無廢液等優(yōu)點。本論文主要針對廢料來源的CaO型固體堿催化劑的活性和穩(wěn)定性的提高方面主要開展了以下工作：利用鴕鳥蛋殼為原料，成功開發(fā)了一種新的CaO催化劑（CaO(CE)），在超聲輔助下用于催化制備生物柴油。此催化劑與常用CaO催化劑（CaO(Lab)）具有相同催化活性，在超聲條件下，CaO(CE)催化劑的催化活性明顯提高，并顯著減少了實驗成本。在最佳實驗條件下（反應(yīng)時間1h、醇油摩爾比9:1、催化劑用量8wt.%和超聲強度120W），生物柴油的最高產(chǎn)率為93.

6、7%（未加超聲作用的CaO對應(yīng)產(chǎn)率為87.2%）。此外，在超聲條件下，催化劑重復(fù)使用8次以后仍保持高的活性。利用聚4-苯乙烯磺酸鈉（PSS）誘導(dǎo)礦化制備多孔氧化鈣基催化劑用于生物柴油高效制備，實驗證明，在PSS的處理下，催化劑的活性相對于沒經(jīng)過PSS處理的CaO（0-CaO）催化活性顯著提高。催化劑活性提高的原因是在PSS誘導(dǎo)礦化作用下，催化劑具有了較大的比表面積、孔體積、堿度以及較小的粒徑。其中，利用濃度為10g/L的PSS制備的催化劑10-CaO活性最高，在反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度65℃、醇油摩爾比7:1、

7、催化劑用量6wt.%和反應(yīng)時間為180min條件下生物柴油最大產(chǎn)率為97.2%（未經(jīng)過PSS處理的CaO對應(yīng)的生物柴油產(chǎn)率為88.2%）。同時，催化劑具有良好的可重復(fù)性，在重復(fù)使用10次后，催化劑的活性（71.8%）仍明顯好于實驗室購買的CaO催化劑（59.5%）。制備了以鮑魚殼為原料，采用乙醇水熱合成法制備的綠色高效CaO催化劑。實驗證明，由鮑魚殼制備的CaO在乙醇處理后有，催化活性具有顯著的提高，尤其是當(dāng)乙醇處理溫度為100℃時，催化劑對應(yīng)的生物柴油產(chǎn)率達(dá)到95.5%（未經(jīng)乙醇處理的87.5%）。催化

8、劑的表征結(jié)果表明，催化劑的高活性是由于較大的23比表面積（14.7m/g）、孔體積（0.094cm/g）和堿度（11.4mmol/g）以及較小的粒徑（53.4nm）。另外，催化劑的重復(fù)使用性結(jié)果也表明，經(jīng)乙醇處理后的催化劑相對于未處理的催化劑具有較好的可重復(fù)性。利用農(nóng)業(yè)廢料稻殼和雞蛋殼為原料合成高效穩(wěn)定的催化劑，并且成功應(yīng)用于生物柴油的制備。催化劑的最佳制備條件為：稻殼燃燒溫度為800℃、CE負(fù)載量為30%、催化劑的活化溫度為